CN110688708A - 一种基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于飞机载荷谱编制技术领域，特别涉及一种基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，包括如下步骤：在目标飞机一次起落任务中，构建预定种类的任务段中的载荷分配系数K_ij；获得目标支柱在着陆撞击任务段的载荷分配系数K_1j以及滑行任务段的载荷分配系数K_2j；计算对应任务段的目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值；求解目标支柱在着陆撞击任务段的实际载荷以及在滑行任务段的实际载荷；进行地面载荷谱编制。本申请的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，有利于给出更为贴近飞机的实际使用情况且便于多支柱起落架疲劳分析及试验验证的地面载荷谱，并能够提高多支柱式起落架的设计精度，缩短多支柱式起落架的设计周期。

Description

一种基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法

技术领域

本申请属于飞机载荷谱编制技术领域，特别涉及一种基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法。

背景技术

当飞机采用多支柱起落架布局时，必然会导致各支柱的谱载荷由三点静定分配转化为多点静不定分配，给谱载荷的求解带来诸多不确定因素。

国外机型出于不同的设计思路，对应各主支柱，部分机型采用了完全一致的地面载荷谱，如An系列、IL-76等飞机；部分机型则采用了不同的地面载荷谱，如C17、A400M等飞机。前者的编谱方式，设计思路偏于保守，会增加飞机结构重量，降低飞机的有效载重量，但起落架的维护性和互换性较强；后者的编谱方式，更能反映飞机的实际承载情况，但编制过程更为繁琐困难。目前，该项技术仅欧美的个别国家掌握，这些国家都将该技术列为技术机密，对外实行技术封锁。

关于多支柱起落架结构，国内没有任何相关经验。特别是在各支柱间存在共有结构可导致支柱间相互传载的情况下，更不能简单地采用包容性原则仅对一个支柱进行谱载荷进行编制的方法，而是需要额外考虑各支柱间的谱载荷的分配问题，即各支柱的载荷谱应分开进行编制。当前国内的地面载荷谱算法不适用于多支柱起落架，且实测数据并不足以支撑地面载荷实测谱的编制。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法。

本申请公开了一种基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，包括如下步骤：

步骤一、在目标飞机一次起落任务中，构建预定种类的任务段中的载荷分配系数K_ij：

其中，角标i为对应任务段种类；角标j为目标支柱，

为目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值；

步骤二、获得目标支柱在着陆撞击任务段的载荷分配系数K_1j，其中，角标1表示着陆撞击任务段；

步骤三、计算在着陆撞击任务段的目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值；

步骤四、结合所述步骤一至步骤三求解目标支柱在着陆撞击任务段的实际载荷；

步骤五、获得目标支柱在滑行任务段的载荷分配系数K_2j，其中，角标2表示滑行任务段；

步骤六、计算在滑行任务段的目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值；

步骤七、结合所述步骤一、步骤五以及步骤六求解目标支柱在滑行任务段的实际载荷；

步骤八、根据步骤四以及步骤七的结果进行地面载荷谱编制。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤三以及步骤六中，根据如下公式计算目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值：

其中，∑F为目标支柱所在侧的主起的地面总载荷，N为目标支柱所在侧支柱的个数。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤二中，获得目标支柱在着陆撞击任务段的载荷分配系数K_1j包括：

确定着陆迎角；

根据目标飞机的落震试验数据、目标飞机的全机动态仿真结果、目标飞机的实测数据以及同类机型的实测数据得到载荷分配系数K_1j。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤五中，获得目标支柱在滑行任务段的载荷分配系数K_2j包括：

根据目标飞机的全机动态仿真、目标飞机的飞行实测数据以及同类机型的实测数据得到载荷分配系数K_2j。

根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤一至步骤七中的载荷为垂向载荷。

根据本申请的至少一个实施方式，在所述步骤四与步骤八之间以及所述步骤七与步骤八之间，还分别包括：

根据目标支柱在着陆撞击任务段的垂向载荷，计算其航向、侧向载荷；

根据目标支柱在滑行任务段的垂向载荷，计算其航向、侧向载荷。

本申请至少存在以下有益技术效果：

本申请的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，解决了由多点支撑的静不定问题、目前实测数据的不足等因素给载荷谱编制带来的难题，有效避免了国外常规的保守思路——仅对一个支柱编制载荷谱，有利于给出更为贴近飞机的实际使用情况且便于多支柱起落架疲劳分析及试验验证的地面载荷谱；另外，该方法能够提高多支柱式起落架的设计精度，缩短多支柱式起落架的设计周期。

附图说明

图1是本申请基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法的流程图；

图2是本申请基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法中载荷分配关系图；

图3是本申请基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法中着陆撞击段的载荷分配关系图；

图4是本申请基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法中滑行段的载荷分配关系图

图5是本申请一实施例中某型机起落架布局示意图；

图6是本申请一实施例中针对着陆撞击段的落震数据统计图；

图7是本申请一实施例中针对着陆撞击段的着陆动态仿真结果；

图8是本申请一实施例中针对着陆撞击段的实测结果图；

图9是本申请一实施例中针对着陆撞击段的实测载荷峰值偏差；

图10是本申请一实施例中针对滑行段的着陆动态仿真结果；

图11是本申请一实施例中针对滑行段的垂直载荷实测数据；

图12是本申请一实施例中针对滑行段的实测载荷峰值偏差。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

本申请的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，既能避免由于设计保守导致的结构超重问题，也能在实测数据不足的情况下快速编制出尽可能更贴近实际使用情况的地面载荷谱，从而有效缩短设计周期并保证飞机的飞行安全。

具体地，下面结合附图1-图12对本申请的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法做进一步详细说明。

如图1所示，本申请公开了一种基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，包括如下步骤：

步骤S101、在目标飞机一次起落任务中，构建预定种类的任务段中的载荷分配系数K_ij：

其中，角标i为对应任务段种类；角标j为目标支柱，

为目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值；也即是，在第i个任务段中，第j个主支柱的实际载荷F_ij与该侧主支柱载荷均值的比值为载荷分配系数K_ij。预定种类的任务段通常可以包括着陆撞击任务段、地面运行任务段(滑行任务段和转弯任务段)、刹车及发动机试车段。

需要说明的是，考虑到机身每侧支柱相对集中，可将其合理简化为一个虚拟支点，依据规范求得单侧主起的地面总载荷及单侧主支柱载荷均值，在已知分配系数K_ij的基础上，即可得到飞机各支柱的谱载荷(即实际载荷)。于是，多支柱起落架谱载荷分配的技术难点就转化为在各任务段下，谱载荷分配系数K_ij的求解问题。另外，鉴于航向、侧向载荷均可依据规范结合垂向载荷得出，因此，仅对垂向载荷的分配系数进行求解即可。

其中，可以根据如下公式计算目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值：

其中，∑F为目标支柱所在侧的主起的地面总载荷，N为目标支柱所在侧支柱的个数。

进一步地，通过实测数据统计结果，发现各支柱的载荷差异性存在以下规律：

1)着陆撞击任务段下，受着陆迎角的影响，各支柱载荷按照由后向前的顺序依次减小，载荷差异性较为明显；

2)地面运行任务段下，各任务段的载荷差异性较为相似，滑行段较为明显；

3)刹车及发动机试车段，主起落架发生减载，各支柱载荷略小于载荷均值。

在编谱时，不考虑刹车及发动机试车对主起落架的减载作用，可忽略相应工况下的载荷分配系数；滑行任务段和转弯任务段的载荷不均匀性类似，统一取滑行任务段的载荷分配系数。因此，谱载荷分配的技术难点进一步转化为了确定着陆撞击段和滑行段载荷分配系数K_1j和K_2j的问题，如图2所示。

步骤S102、获得目标支柱在着陆撞击任务段的载荷分配系数K_1j，其中，角标1表示着陆撞击任务段。

其中，着陆撞击任务段中，谱载荷分配系数的决定性因素是飞机着陆迎角。确定着陆迎角后，根据落震试验结果、全机动态仿真、飞行实测数据并参考同类机型实测数据给出合理的分配系数K_1j，如图2所示。

步骤S103、计算在着陆撞击任务段的目标支柱所在侧的各支柱载荷均值。

此步骤中，是在着陆撞击任务段中，目标支柱所在侧的主起的地面总载荷∑F，再根据地面总载荷∑F以及该侧支柱的个数N计算得到目标支柱所在侧的各支柱载荷均值

步骤S104、结合步骤S101至步骤S103求解目标支柱在着陆撞击任务段的实际载荷。

此步骤中，根据步骤S101中的载荷分配系数K_ij的公式，结合步骤S102得到的载荷分配系数K_1j步及步骤S103得到的目标支柱所在侧的各支柱载荷均值，从而求得目标支柱在着陆撞击任务段的实际载荷。

步骤S105、获得目标支柱在滑行任务段的载荷分配系数K_2j，其中，角标2表示滑行任务段。

此步骤中，谱载荷分配系数受到飞机俯仰，阵风、跑道不平度等多方面的影响，编谱时结合全机动态仿真、飞行实测数据并参考同类机型实测数据给出合理的分配系数，如图3所示。

步骤S106、计算在滑行任务段的目标支柱所在侧的各支柱载荷均值。

步骤S107、结合步骤S101、步骤S105以及步骤S106求解目标支柱在滑行任务段的实际载荷。

其中，步骤S106和步骤S107可参加上述的步骤S103和步骤S104，此处不再赘述。

步骤S108、根据步骤S104以及步骤S107的结果进行地面载荷谱编制。

在上述步骤S104以及步骤S107中，可以得到在着陆撞击任务段的目标支柱的实际载荷以及滑行任务段的实际载荷。其中，该实际载荷优选为垂向载荷；计算得到垂向载荷后，其航向、侧向载荷均可依据规范结合垂向载荷得出，最终得到目标支柱在着陆撞击任务段以及滑行任务段的航向、侧向以及垂向载荷，以便于进行地面载荷谱编制。另外，上述方法中的目标支柱可以指任意的支柱，均可通过上述方法求出其对应任务段下的相应载荷。

进一步地，在获得上述目标支柱在着陆撞击任务段以及滑行任务段的航向、侧向以及垂向载荷后，再结合常规的计算方法，获得其他任务段的各支柱的相应的载荷，从而进行地面载荷谱编制，此处不再具体赘述。

综上所述，本申请的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，解决了由多点支撑的静不定问题、目前实测数据的不足等因素给载荷谱编制带来的难题，有效避免了国外常规的保守思路——仅对一个支柱编制载荷谱，有利于给出更为贴近飞机的实际使用情况且便于多支柱起落架疲劳分析及试验验证的地面载荷谱；另外，该方法能够提高多支柱式起落架的设计精度，缩短多支柱式起落架的设计周期。

下面将以一具体实例对本申请的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法作进一步说明：

以某型机为例，图5为该型机起落架布局示意图；首先对其主支柱进行静强度反推及缓冲性能分析，在理论推导的基础上，结合地面载荷实测结果，给出不均匀系数的合理取值范围，再进行如下步骤：

1)确定着陆迎角

其中，编谱时考虑5°的着陆迎角。

2)求解着陆撞击段载荷分配系数K_1j

K_1j的求解过程包括：落震试验结果统计、全机动态仿真、飞行实测数据统计、考同类机型实测数据统计，如图6～图9所示。编谱时，第1、2、3个支柱(之后分别称为前、中、后支柱)的K₁₁、K₁₂、K₁₃分别取取0.85，1.0，1.15。

3)求解滑行段载荷分配系数K_2j

K_2j的求解过程包括：全机动态仿真、飞行实测数据统计、考同类机型实测数据统计，如图11～图12所示。编谱时，前、中、后支柱的载荷分配系数K₂₁、K₂₂、K₂₃均取1.09。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在目标飞机一次起落任务中，构建预定种类的任务段中的载荷分配系数K_ij：

其中，角标i为对应任务段种类；角标j为目标支柱，

为目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值；

步骤二、获得目标支柱在着陆撞击任务段的载荷分配系数K_1j，其中，角标1表示着陆撞击任务段；

步骤三、计算在着陆撞击任务段的目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值；

步骤四、结合所述步骤一至步骤三求解目标支柱在着陆撞击任务段的实际载荷；

步骤五、获得目标支柱在滑行任务段的载荷分配系数K_2j，其中，角标2表示滑行任务段；

步骤六、计算在滑行任务段的目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值；

步骤七、结合所述步骤一、步骤五以及步骤六求解目标支柱在滑行任务段的实际载荷；

步骤八、根据步骤四以及步骤七的结果进行地面载荷谱编制。

2.根据权利要求1所述的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，其特征在于，在所述步骤三以及步骤六中，根据如下公式计算目标支柱所在侧的单侧主支柱载荷均值：

其中，∑F为目标支柱所在侧的主起的地面总载荷，N为目标支柱所在侧支柱的个数。

3.根据权利要求1所述的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，其特征在于，在所述步骤二中，获得目标支柱在着陆撞击任务段的载荷分配系数K_1j包括：

确定着陆迎角；

根据目标飞机的落震试验数据、目标飞机的全机动态仿真结果、目标飞机的实测数据以及同类机型的实测数据得到载荷分配系数K_1j。

4.根据权利要求1所述的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，其特征在于，在所述步骤五中，获得目标支柱在滑行任务段的载荷分配系数K_2j包括：

根据目标飞机的全机动态仿真、目标飞机的飞行实测数据以及同类机型的实测数据得到载荷分配系数K_2j。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，其特征在于，所述步骤一至步骤七中的载荷为垂向载荷。

6.根据权利要求5所述的基于多支柱起落架的地面载荷谱编制方法，其特征在于，在所述步骤四与步骤八之间以及所述步骤七与步骤八之间，还分别包括：

根据目标支柱在着陆撞击任务段的垂向载荷，计算其航向、侧向载荷；

根据目标支柱在滑行任务段的垂向载荷，计算其航向、侧向载荷。

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