CN109466792B - 多支柱起落架飞机操纵地面载荷计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多支柱起落架飞机操纵地面载荷计算方法，利用起落架轮胎接地点都在大地平面上的事实,各起落架受载后通过调整各起落架载荷的大小,使轮胎接地点在同一平面内,再通过满足载荷平衡条件对各起落架的载荷进行重新分配,多轮迭代计算后，直到满足变形协调和载荷平衡,计算过程简单可靠，计算结果详尽精确，能真实地反映各起落架的垂直载荷、航向载荷和侧向载荷。

Description

多支柱起落架飞机操纵地面载荷计算方法

技术领域

本发明涉及飞机起落架地面操纵载荷计算领域，特别是一种多支柱起落架飞机操纵地面载荷计算方法。

背景技术

通常飞机起落架一般尽可能采用三点式布局，三点式布局飞机起落架的地面操纵载荷计算由于属于静定问题，通过建立飞机载荷平衡方程，可快速计算出各起落架的地面载荷，或根据相应军用飞机载荷规范或民用适航条款给出的方法计算。但随着航空工业的快速发展，大型运输类飞机的起飞和着陆重量变的越来越大，三支柱起落架布局已不能满足起落架受载要求，大型运输类飞机起落架均采用多支柱式布局，如波音747、空客A380和、A340、C17和Y20等，起落架结构形式包括支柱式起落架、摇臂式起落架和半摇臂式起落架，由于各起落架地面载荷不仅要满足载荷平衡，而且各起落架必须满足变形协调(所有受载起落架轮胎接地点在地平面内)，由于起落架结构形式多样化，缓冲器设计往往采用双腔式起落架(高压腔和低压腔)，使多支柱起落架地面载荷的计算变得非常复杂，目前起落架地面载荷相关规范中给出的计算方法已不适用多支柱起落架地面操纵载荷的计算，因此必须研究一种新的载荷计算方法，以适应精确计算多支柱起落架各支柱的地面载荷的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种多支柱起落架飞机操纵地面载荷计算方法，适应精确计算多支柱起落架各支柱的地面载荷的需求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多支柱起落架飞机操纵地面载荷计算方法，包括以下步骤：

1)给前、主起落架各支柱上的垂直载荷P₁y,P_2Ly，P_2Ry,...,P_iLy，P_iRy,

飞机俯仰角α₀，滚转角γ₀赋初值，根据每种载荷工况的阻力摩擦系数μ和侧向摩擦系数μs计算阻力载荷P₁x,P_2Lx，P_2Rx,...,P_iLx，P_iRx 和侧向载荷P₁z,P_2Lz，P_2Rz,...,P_iLz，P_iRz；其中：(P₁x P₁y P₁z)分别为第1排起落架的航向、垂向和侧向载荷；(P_iLx P_iLy P_iLz)为第i排左主起落架起落架的航向、垂向和侧向载荷；(P_iRx P_iRy P_iRz)为第i 排右主起落架起落架的航向、垂向和侧向载荷；

2)根据各起落架初始载荷、轮胎静压曲线和缓冲器充填参数计算各起落架轮胎压缩量ΔR、缓冲器压缩量ΔH，以及载荷作用后轮胎接地点在飞机坐标系中的坐标(x_i,y_i,z_i)；

3)求出前起落架和第1排左右两主起落架轮胎接地点的坐标并确定该三点的平面方程：Ax+By+C’z+1＝0；

4)计算其它各主起落架轮胎接地点到平面Ax+By+C’z+1＝0的位移：

5)控制其它起落架地面载荷,保证轮胎接地点在平面Ax+By+C’z+1＝0 上；

6)计算地面载荷作用下飞机的俯仰角α，滚转角γ,重心到各起落架轮胎接地点水平距离C、侧向距离T，以及重心离地高度H；

7)计算围绕重心处的不平衡俯仰力矩Mz,滚转力矩Mx；

8)计算不平衡俯仰力矩Mz重新分配后前、主起落架载荷：

9)计算滚转不平衡力矩M_X重新分配后前、主起落架载荷：

10)计算满足垂直载荷平衡后前、主起落架载荷：

11)将

的绝对值与计算精度EPS对比，若小于EPS(一般取10N)，结束，则

就是各起落架的垂直地面载荷。

不平衡俯仰力矩Mz,滚转力矩Mx的计算公式为：

其中，C₁为前起轮胎接地点航向坐标与飞机重心航向坐标之差，C_iL、C_iR分别为重心航向坐标与第i排左、右主起航向坐标之差；T₁为前起轮胎接地点侧向坐标与飞机重心侧向坐标之差，T_iL为重心侧向坐标与第i排左主起侧向坐标之差、T_iR为第i排右主起侧向坐标与重心侧向坐标之差。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明充分利用起落架轮胎接地点都在大地平面上的事实,各起落架受载后通过调整各起落架载荷的大小, 使轮胎接地点在同一平面内,再通过满足载荷平衡条件对各起落架的载荷进行重新分配,多轮迭代计算后，直到满足变形协调和载荷平衡,计算过程简单可靠，计算结果详尽精确，能真实地反映各起落架的垂直载荷、航向载荷和侧向载荷。

附图说明

图1是本发明多支柱起落架(7支柱实例)飞机布局侧视图；

图2是本发明多支柱起落架(7支柱实例)飞机布局俯视图。

具体实施方式

本发明在计算地面载荷时变形协调采用平面法,并通过多轮迭代计算，主要技术方案为：

1)给前、主起落架各支柱上的垂直载荷P₁y,P_2Ly，P_2Ry,...,P_iLy，P_iRy,飞机俯仰角α₀，滚转角γ₀赋初值，根据每种载荷工况的阻力摩擦系数μ和侧向摩擦系数μs计算阻力载荷P₁x,P_2Lx，P_2Rx,...,P_iLx，P_iRx和侧向载荷P₁z,P_2Lz，P_2Rz,...,P_iLz， P_iRz。

其中：(P₁x P₁y P₁z)分别为第1排起落架的航向、垂向和侧向载荷；

(P_iLx P_iLy P_iLz)为第i排左主起落架起落架的航向、垂向和侧向载荷。

(P_iRx P_iRy P_iRz)为第i排右主起落架起落架的航向、垂向和侧向载荷。

2)根据各起落架初始载荷、轮胎静压曲线和缓冲器充填参数计算各起落架轮胎压缩量ΔR、缓冲器压缩量ΔH，以及载荷作用后轮胎接地点在飞机坐标系中的坐标(x_i,y_i,z_i)。

3)求出前起落架和第1排左右两主起落架轮胎接地点确定的平面方程 Ax+By+C’z+1＝0。

4)计算其它各主起落架轮胎接地点到平面Ax+By+C’z+1＝0的位移：

5)控制其它起落架地面载荷,保证轮胎接地点在平面Ax+By+C’z+1＝0上(满足计算精度)。

当d>0,起落架轮胎接地点在平面Ax+By+C’z+1＝0的上方，则减小其垂直载荷Py，并根据摩擦系数计算相应的航向和侧向载荷Px，Pz。重新计算该起落架的轮胎压缩量ΔR、缓冲器压缩量ΔH和起落架轮胎接地点坐标(x,y,z)，再次计算d值，并进行迭代循环计算，直到轮胎接地点在平面Ax+By+C’z+1＝0上(满足计算精度)，或起落架载荷减小到零但轮胎接地点还在平面上方。

当d<0,起落架轮胎接地点在平面Ax+By+C’z+1＝0的下方，则增大其垂直载荷Py，用同样的方法直到轮胎接地点在平面Ax+By+C’z+1＝0上。

6)计算地面载荷作用下飞机的俯仰角α，滚转角γ,重心到各起落架轮胎接地点水平距离C、侧向距离T，以及重心离地高度H。

7)围绕重心处的的不平衡俯仰力矩Mz,滚转力矩Mx:

其中：

C₁前起轮胎接地点航向坐标与飞机重心航向坐标之差，C_iL、C_iR分别为重心航向坐标与第i排左、右主起航向坐标之差。

T₁前起轮胎接地点侧向坐标与飞机重心侧向坐标之差，T_iL为重心侧向坐标与第i排左主起侧向坐标之差、T_iR为第i排右主起侧向坐标与重心侧向坐标之差。

8)飞机不平衡俯仰力矩由前、主起落架的垂直载荷共同平衡；不平衡滚转力矩由左、右主起落架垂直载荷平衡；垂直方向载荷通过前、主起落架垂直载荷来平衡，其他两个方向即侧向、航向载荷以及偏航力矩(差动刹车除外)均由飞机的惯性力来平衡。

9)俯仰不平衡力矩M_Z重新分配后前、主起落架载荷。

10)滚转不平衡力矩M_X重新分配后前、主起落架载荷。

11)满足垂直载荷平衡后前、主起落架载荷

其中：G飞机重量，n各地面操纵工况飞机垂向过载。

12)将

的绝对值与计算精度(EPS)对比，若小于EPS，停止迭代。则

就是各起落架的垂直地面载荷。航向载荷和侧向载荷分别由相应载荷工况的阻力摩擦系数μ和侧向摩擦系数μ_s分别与垂直载荷相乘得到。

实施例：

本发明的一个优选实施例,计算7支柱起落架(1个前起落架、6个主起落架) 布局的飞机地面操纵刹车转弯工况载荷。飞机起飞重量G取值为150000kg，垂直过载系数n＝1,侧向过载系数n_s＝0.5,轮胎与地面刹车摩擦系数μ＝0.624,地面侧向摩擦系数μ_s＝0.5。起落架结构形式为支柱式，前、主起轮轴中心在起落架全伸展状态在机体坐标系中坐标分别为：

前起(12，-2.9，0)；

第一排左主起(-1，-2.9，-5)；第一排右主起(-1，-2.9，5)；

第二排左主起(-3，-2.9，-5)；第二排右主起(-3，-2.9，5)；

第三排左主起(-5，-2.9，-5)；第三排右主起(-5，-2.9，5)。

1)给定各起落架任意初始垂直载荷和飞机姿态角初始值，并使用给定的摩擦系数计算航向载荷和侧向载荷。

2)根据各起落架初始载荷计算各起落架轮胎压缩量ΔR、缓冲器压缩量ΔH，以及载荷作用后各起落架轮胎接地点在飞机坐标系中的坐标(x,y,z)。

3)求出前起落架和第1排左右两主起落架轮胎接地点确定的平面方程： Ax+By+Cz+1＝0。

4)计算其它各主起落架轮胎接地点到平面Ax+By+ C ’ z+1＝0的位移d：

5)控制其它起落架地面载荷,保证轮胎接地点在平面Ax+By+C ’ z+1 ＝0 上(满足计算精度)：

当d>0,起落架轮胎接地点在平面Ax+By+C ’ z+1 ＝0 的上方，则减小垂直载荷Py，并根据摩擦系数计算相应的航向和侧向载荷Px，Pz,并重新计算该起落架的轮胎压缩量ΔR和缓冲器压缩量ΔH,起落架轮胎接地点坐标(x,y,z)，再次计算d值，并进行迭代循环计算，直到轮胎接地点在平面Ax+By+C ’ z+1 ＝0 上(满足计算精度)，或起落架载荷减小到零但轮胎接地点还在平面上方。

当d<0,起落架轮胎接地点在平面Ax+By+C ’ z+1 ＝0 的下方，则增大垂直载荷，用同样的方法直到轮胎接地点在平面Ax+By+C ’ z+1 ＝0 上。

6)计算在该轮地面载荷作用下飞机的俯仰角α，滚转角γ,重心到各起落架轮胎接地点水平距离C、侧向距离T，以及重心离地高度H。

7)计算围绕重心处的的不平衡俯仰力矩Mz,滚转力矩Mx。

8)计算俯仰不平衡力矩M_Z重新分配后前、主起落架载荷。

9)计算滚转不平衡力矩M_X重新分配后前、主起落架载荷。

10)计算满足垂直载荷平衡后前、主起落架载荷。

根据计算结果确定是否满足计算精度，如不满足进行迭代并直到满足精度为止，支柱载荷计算结果见下表1所示：

表1刹车右转弯操纵工况支柱载荷计算结果

。

Claims (2)

1.一种多支柱起落架飞机操纵地面载荷计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)给前、主起落架各支柱上的垂直载荷P₁y,P_2Ly，P_2Ry,...,P_iLy，P_iRy,飞机俯仰角α₀，滚转角γ₀赋初值，根据每种载荷工况的阻力摩擦系数μ和侧向摩擦系数μs计算阻力载荷P₁x,P_2Lx，P_2Rx,...,P_iLx，P_iRx和侧向载荷P₁z,P_2Lz，P_2Rz,...,P_iLz，P_iRz；其中：(P₁x，P₁y，P₁z)分别为第1排起落架的航向、垂向和侧向载荷；(P_iLx，P_iLy，P_iLz)为第i排左主起落架的航向、垂向和侧向载荷；(P_iRx，P_iRy，P_iRz)为第i排右主起落架的航向、垂向和侧向载荷；

2)根据各起落架初始载荷、轮胎静压曲线和缓冲器充填参数计算各起落架轮胎压缩量ΔR、缓冲器压缩量ΔH，以及载荷作用后轮胎接地点在飞机坐标系中的坐标(x_i,y_i,z_i)；

3)求出前起落架和第1排左右两主起落架轮胎接地点的坐标并确定该三点的平面方程：Ax+By+C’z+1＝0；

4)计算其它各主起落架轮胎接地点到平面Ax+By+C’z+1＝0的位移：

5)控制其它起落架地面载荷,保证轮胎接地点在平面Ax+By+C’z+1＝0上；

6)计算地面载荷作用下飞机的俯仰角α，滚转角γ,重心到各起落架轮胎接地点水平距离C、侧向距离T，以及重心离地高度H；

7)计算围绕重心处的不平衡俯仰力矩Mz,滚转力矩Mx；

8)计算不平衡俯仰力矩Mz重新分配后前、主起落架载荷：

C₁为前起轮胎接地点航向坐标与飞机重心航向坐标之差；C_2L、C_2R分别为重心航向坐标与第2排左、右主起航向坐标之差；T_2L为重心侧向坐标与第2排左主起侧向坐标之差、T_2R为第2排右主起侧向坐标与重心侧向坐标之差；i＝1，2，3，4；

为不平衡俯仰力矩Mz重新分配后前、主起落架各支柱上的垂直载荷；

9)计算滚转不平衡力矩M_X重新分配后前、主起落架载荷：

为滚转不平衡力矩M_X重新分配后前、主起落架各支柱上的垂直载荷；

10)计算满足垂直载荷平衡后前、主起落架载荷：

G为飞机重量，n为各地面操纵工况飞机垂向过载；

为满足垂直载荷平衡后前、主起落架各支柱上的垂直载荷；

11)将

的绝对值与计算精度EPS对比，若小于EPS，结束，则

就是各起落架的垂直地面载荷。

2.根据权利要求1所述的多支柱起落架飞机操纵地面载荷计算方法，其特征在于，不平衡俯仰力矩Mz,滚转力矩Mx的计算公式为：

其中，C₁为前起轮胎接地点航向坐标与飞机重心航向坐标之差，C_iL、C_iR分别为重心航向坐标与第i排左、右主起航向坐标之差；T₁为前起轮胎接地点侧向坐标与飞机重心侧向坐标之差，T_iL为重心侧向坐标与第i排左主起侧向坐标之差、T_iR为第i排右主起侧向坐标与重心侧向坐标之差。

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