CN116383988A - 一种航空机轮外载荷确定方法 - Google Patents

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CN116383988A CN202310227972.3A CN202310227972A CN116383988A CN 116383988 A CN116383988 A CN 116383988A CN 202310227972 A CN202310227972 A CN 202310227972A CN 116383988 A CN116383988 A CN 116383988A
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吴莹莹
王步云
王旭
吕雪
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Xian Aviation Brake Technology Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种航空机轮外载荷确定方法，属于航空技术领域，该方法根据轮胎断面高度计算侧向载荷作用在轮胎上的附加径向力；根据径向载荷与A点作用的径向载荷、B点作用的径向载荷的关系式，以及A点处的力矩关系，计算A点作用的径向载荷和B点作用的径向载荷；根据附加径向力和A点作用的径向载荷，及B点作用的径向载荷，计算径向真实作用在A点处的力和径向真实作用在B点处的力；计算侧向真实作用在A点处的力和真实作用在B点处的力。通过受力分析获得航空机轮在径向‑侧向联合载荷作用下的载荷分配数值，将获得的载荷输入到有限元软件中计算航空刹车机轮的应力水平，提高了准确度，计算得到的最大应力与试验实测值的误差在7％以内。

Description

一种航空机轮外载荷确定方法
技术领域
本发明属于航空技术领域，尤其涉及一种航空机轮外载荷确定方法。
背景技术
飞机机轮是起落架系统的一个重要部件。它除了承受着陆冲击载荷外，还承受地面滑行和地面操纵时的各种载荷以及轮胎充气压力的作用。这些来自地面的三个方向的载荷以不同的方式都通过机轮传到起落架上，因此通常认为机轮受载情况应与起落架受载相一致的，可以利用有关起落架的地面载荷规范内容来确定机轮的载荷。径向-侧向联合载荷是机轮主要承受的载荷之一，这种情况通常出现在飞机侧偏着陆和地面转弯状态。机轮在这种载荷作用下，机轮腹板内缘、毂部轴承支座处将产生很大的应力。这是机轮设计时应考虑的一种载荷状态。
相关技术中，确定径向-侧向联合载荷的方法仅考虑到了载荷的作用点位于轮胎中心线这个因素，没有考虑到侧向载荷会产生径向附加力矩，而侧向载荷的存在会导致载荷的作用点偏离轮胎中心线位置；因此，其得到的结果与实际存在的差异较大。
发明内容
为了解决现有技术中确定径向-侧向联合载荷的方法仅考虑到载荷的作用点位于轮胎中心线，导致得到的结果与实际存在的差异较大的问题，本发明提出一种航空机轮外载荷确定方法，所述技术方案如下：
一种航空机轮外载荷确定方法，包括：
步骤1、计算轮胎受载压缩后的轮胎断面高度；
步骤2、根据轮胎断面高度计算侧向载荷作用在轮胎上的附加径向力；
步骤3、确定径向载荷与A点作用的径向载荷、B点作用的径向载荷的关系式；
步骤4、确定A点处的力矩关系；
步骤5、根据步骤3得到的径向载荷与A点作用的径向载荷、B点作用的径向载荷的关系式，以及步骤4得到的A点处的力矩关系，计算A点作用的径向载荷和B点作用的径向载荷；
步骤6、根据步骤2计算的附加径向力和步骤5计算的A点作用的径向载荷，及B点作用的径向载荷，计算径向真实作用在A点处的力和径向真实作用在B点处的力；
步骤7、计算侧向真实作用在A点处的力和真实作用在B点处的力。
其中，步骤1中，按照轮胎断面高度计算公式，根据轮胎外径D、轮辋结合径d和轮胎压缩量f，计算轮胎受载压缩后的轮胎断面高度h；
轮胎断面高度计算公式为：
Figure BDA0004119123970000021
其中，步骤2中，按照附加径向力计算公式，根据轮胎断面高度h、侧向载荷Fz和轮胎着合宽C，计算侧向载荷Fz作用在轮胎上的附加径向力Fy0，
附加径向力计算公式为：
Figure BDA0004119123970000022
其中，径向载荷Fy与A点作用的径向载荷Fy1、B点作用的径向载荷Fy2的关系式为：
Fy＝Fy1+Fy2。
其中，步骤4中，A点处的力矩关系：
Figure BDA0004119123970000023
式中，h为轮胎断面高度，Fz为侧向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，Fy为径向载荷。
其中，步骤5中，计算A点作用的径向载荷Fy1和B点作用的径向载荷Fy2的公式为：
Figure BDA0004119123970000031
Figure BDA0004119123970000032
式中，Fy为径向载荷，Fz为侧向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，h为轮胎断面高度。
其中，步骤6中，计算径向真实作用在A点处的力FyA和径向真实作用在B点处的力FyB；的公式为：
Figure BDA0004119123970000033
Figure BDA0004119123970000034
式中，Fy1为A点作用的径向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷，Fy0为由于侧向载荷作用而产生的附加径向力，Fy为径向载荷，Fz为侧向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，h为轮胎断面高度。
其中，步骤7中，计算侧向真实作用在A点处的力FZA和真实作用在B点处的力FZB的公式为：
FZA＝FZ
FZB＝Fz，
式中，Fz为侧向载荷。
本发明的有益效果在于：
通过受力分析获得航空机轮在径向-侧向联合载荷作用下的载荷分配数值，将获得的载荷输入到有限元软件中计算航空刹车机轮的应力水平，提高了准确度，计算得到的最大应力与试验实测值的误差在7％以内。
附图说明
图1是机轮理想的受载状态；
图2是机轮所受力矩示意图；
图3是机轮A、B两点处受力分析示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式和附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，初始径向载荷和侧向载荷分别作用于轮胎的中心线位置，之后如图2所示，轮胎发生变形，变形后载荷作用点相对于轮胎初始状态侧向发生了偏移，径向位置被压缩，此时载荷会通过轮胎在轮毂上产生力矩，通过对力的关系推导和变换，得出机轮外载荷数值。
本发明提供的一种考虑轮胎侧偏量的航空机轮外载荷确定方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1、按照轮胎断面高度计算公式，根据轮胎外径D、轮辋结合径d和轮胎压缩量f，计算轮胎受载压缩后的轮胎断面高度h；
轮胎断面高度计算公式为：
Figure BDA0004119123970000041
式中，h为轮胎断面高度，D为轮胎外径，d为轮辋结合径，f为当前载荷下的轮胎压缩量。
步骤2、按照附加径向力计算公式，根据轮胎断面高度h、侧向载荷Fz和轮胎着合宽C，计算侧向载荷Fz作用在轮胎上的附加径向力Fy0；
附加径向力计算公式为：
Fz·h＝Fy0·C (2)
即
Figure BDA0004119123970000042
式中，h为轮胎断面高度，C为轮胎着合宽，Fz为侧向载荷，Fy0为由于侧向载荷作用而产生的附加径向力。
步骤3、根据力的平衡得到径向载荷Fy与径向载荷Fy1、径向载荷Fy2的关系式；
由于径向载荷Fy会分别在A、B两点处产生A点作用的径向载荷Fy1和B点作用的径向载荷Fy2，所以，如图3，可以根据力的平衡得到径向载荷Fy与径向载荷Fy1、径向载荷Fy2的关系式；
Fy＝Fy1+Fy2 (4)
式中，Fy1为A点作用的径向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷。
步骤4、根据静态平衡，得到A点处的力矩关系；
∑MA＝0 (5)
基于公式(5)，展开得到力矩关系为：
Figure BDA0004119123970000051
式中，h为轮胎断面高度，Fz为侧向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷，，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，Fy为径向载荷。
步骤5、根据步骤3得到的得到径向载荷Fy与径向载荷Fy1、径向载荷Fy2的关系式，以及步骤4得到的力矩关系，计算A点作用的径向载荷Fy1和B点作用的径向载荷Fy2；
Figure BDA0004119123970000052
Figure BDA0004119123970000053
式中，Fy1为A点作用的径向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷。Fy为径向载荷，Fz为侧向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，h为轮胎断面高度。
步骤6、根据步骤2计算的附加径向力Fy0和步骤5计算的A点作用的径向载荷Fy1，计算径向真实作用在A点处的力FyA和径向真实作用在B点处的力FyB；
Figure BDA0004119123970000061
Figure BDA0004119123970000062
式中，Fy1为A点作用的径向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷。Fy0为由于侧向载荷作用而产生的附加径向力。Fy为径向载荷，Fz为侧向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，h为轮胎断面高度。
步骤7、根据力的平衡计算侧向真实作用在A点处的力FZA和真实作用在B点处的力FZB。
FZA＝FZ (11)
FZB＝FZ (12)
式中，Fz为侧向载荷。
本发明中，轮胎外径D、轮辋结合径d、轮胎压缩量f、侧偏量b、径向载荷Fy和侧向载荷Fz在计算时为已知量。
通过受力分析获得航空机轮在径向-侧向联合载荷作用下的载荷分配数值，将获得的载荷输入到有限元软件中计算航空刹车机轮的应力水平，提高了准确度，计算得到的最大应力与试验实测值的误差在7％以内。
本发明还提供一种考虑轮胎侧偏量的航空机轮外载荷确定装置，包括：
第一计算模块，用于按照轮胎断面高度计算公式，根据轮胎外径D、轮辋结合径d和轮胎压缩量f，计算轮胎受载压缩后的轮胎断面高度h；
轮胎断面高度计算公式为：
Figure BDA0004119123970000063
式中，h为轮胎断面高度，D为轮胎外径，d为轮辋结合径，f为当前载荷下的轮胎压缩量。
第二计算模块，用于按照附加径向力计算公式，根据轮胎断面高度h、侧向载荷Fz和轮胎着合宽C，计算侧向载荷Fz作用在轮胎上的附加径向力Fy0；
附加径向力计算公式为：
Fz·h＝Fy0·C (2)
即
Figure BDA0004119123970000071
式中，h为轮胎断面高度，C为轮胎着合宽，Fz为侧向载荷，Fy0为由于侧向载荷作用而产生的附加径向力。
第三计算模块，用于根据力的平衡得到径向载荷Fy与径向载荷Fy1、径向载荷Fy2的关系式；
由于径向载荷Fy会分别在A、B两点处产生A点作用的径向载荷Fy1和B点作用的径向载荷Fy2，所以，如图3，可以根据力的平衡得到径向载荷Fy与径向载荷Fy1、径向载荷Fy2的关系式；
Fy-Fy1+Fy2 (4)
式中，Fy1为A点作用的径向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷。
第四计算模块，用于根据静态平衡，得到A点处的力矩关系；
∑MA＝0 (5)
基于公式(5)，展开得到力矩关系为：
Figure BDA0004119123970000072
式中，h为轮胎断面高度，Fz为侧向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷，，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，Fy为径向载荷。
第五计算模块，用于根据步骤3得到的得到径向载荷Fy与径向载荷Fy1、径向载荷Fy2的关系式，以及步骤4得到的力矩关系，计算A点作用的径向载荷Fy1和B点作用的径向载荷Fy2；
Figure BDA0004119123970000073
Figure BDA0004119123970000074
式中，Fy1为A点作用的径向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷。Fy为径向载荷，Fz为侧向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，h为轮胎断面高度。
第六计算模块，用于根据步骤2计算的附加径向力Fy0和步骤5计算的A点作用的径向载荷Fy1，计算径向真实作用在A点处的力FyA和径向真实作用在B点处的力FyB；
Figure BDA0004119123970000081
Figure BDA0004119123970000082
式中，Fy1为A点作用的径向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷。Fy0为由于侧向载荷作用而产生的附加径向力。Fy为径向载荷，Fz为侧向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，h为轮胎断面高度。
第七计算模块，用于根据力的平衡计算侧向真实作用在A点处的力FZA和真实作用在B点处的力FZB。
FZA＝FZ (11)
FZB＝FZ (I2)
式中，Fz为侧向载荷。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。另外，本发明未详尽部分均为常规技术。

Claims (8)

1.一种航空机轮外载荷确定方法，其特征在于，包括：
步骤1、计算轮胎受载压缩后的轮胎断面高度；
步骤2、根据轮胎断面高度计算侧向载荷作用在轮胎上的附加径向力；
步骤3、确定径向载荷与A点作用的径向载荷、B点作用的径向载荷的关系式；
步骤4、确定A点处的力矩关系；
步骤5、根据步骤3得到的径向载荷与A点作用的径向载荷、B点作用的径向载荷的关系式，以及步骤4得到的A点处的力矩关系，计算A点作用的径向载荷和B点作用的径向载荷；
步骤6、根据步骤2计算的附加径向力和步骤5计算的A点作用的径向载荷，及B点作用的径向载荷，计算径向真实作用在A点处的力和径向真实作用在B点处的力；
步骤7、计算侧向真实作用在A点处的力和真实作用在B点处的力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，按照轮胎断面高度计算公式，根据轮胎外径D、轮辋结合径d和轮胎压缩量f，计算轮胎受载压缩后的轮胎断面高度h；
轮胎断面高度计算公式为：
Figure FDA0004119123950000011
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，按照附加径向力计算公式，根据轮胎断面高度h、侧向载荷Fz和轮胎着合宽C，计算侧向载荷Fz作用在轮胎上的附加径向力Fy0，
附加径向力计算公式为：
Figure FDA0004119123950000012
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，径向载荷Fy与A点作用的径向载荷Fy1、B点作用的径向载荷Fy2的关系式为：
Fy＝Fy1+Fy2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，A点处的力矩关系：
Figure FDA0004119123950000021
式中，h为轮胎断面高度，Fz为侧向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，Fy为径向载荷。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中，计算A点作用的径向载荷Fy1和B点作用的径向载荷Fy2的公式为：
Figure FDA0004119123950000022
Figure FDA0004119123950000023
式中，Fy为径向载荷，Fz为侧向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，h为轮胎断面高度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6中，计算径向真实作用在A点处的力FyA和径向真实作用在B点处的力FyB；的公式为：
Figure FDA0004119123950000024
Figure FDA0004119123950000025
式中，Fy1为A点作用的径向载荷，Fy2为B点作用的径向载荷，Fy0为由于侧向载荷作用而产生的附加径向力，Fy为径向载荷，Fz为侧向载荷，C为轮胎着合宽，b为侧偏量，h为轮胎断面高度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7中，计算侧向真实作用在A点处的力FZA和真实作用在B点处的力FZB的公式为：
FZA＝FZ
FZB＝FZ，
式中，Fz为侧向载荷。
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