[发明专利]一种机场跑道端特性材料拦阻系统的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种设计飞机拦阻系统所需的仿真方法，用于机场跑道端特性材料拦阻系统设计过程中，计算飞机停止距离、飞机运动参数和起落架所受载荷，属于航空类。

背景技术

飞机起落架安全性既是飞机安全性的标志之一，更对拦阻系统使用效能的发挥起到决定性的重要作用。因此，起落架安全性评估在飞机拦阻系统设计中具有重要意义。

公开号为100476072的中国专利“机场跑道安全阻滞系统及其计算机动态仿真的方法”，在2006年10月25日公开了一种机场跑道安全阻滞系统以及该系统的计算机仿真方法。该方法主要根据阻滞材料的弹性模量、泊松比、断裂极限、阻尼系数等材料性能实验结果，以及飞机质量、起落架及机轮数量、轮胎压力等参数，通过有限元方法进行计算。该方法没有考虑飞机和起落架的动态特性，不能准确计算起落架受载的时间历程，无法满足拦阻过程中飞机结构安全性的评估要求。

公开号为101603882的中国专利申请“用于在泥地上的轮胎滚动模拟的方法”，在2009年12月16日公开了一种利用有限元方法计算汽车轮胎在泥泞路面滚动时受力的计算方法。但该方法主要针对单个轮胎，没有考虑运动物体在多个轮胎作用下，各个轮胎相互的影响，不适用应用到设计飞机拦阻系统中。

在实际设计特性材料拦阻系统时，需要考虑飞机在拦阻系统中滑行时所受载荷的时间历程以及所需要的停止距离，但目前公开的相关技术并不适用。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种机场跑道端特性材料拦阻系统的设计方法，考虑了飞机和起落架动态特性，实现准确计算飞机在拦阻系统中滑行时所受载荷的时间历程，并给出飞机的停止距离和运动参数。

本发明的机场跑道端特性材料拦阻系统的设计方法，具体包括如下步骤：

步骤1：输入拦阻系统设计方案；所设计的拦阻系统包括后置段和拦阻床，后置段从跑道入口端到拦阻床起始端，拦阻床由拦阻材料铺设而成；

步骤2：初始化飞机参数，通过飞机的质量特性仿真，确定飞机的质量、重心位置和飞机的俯仰惯性矩；飞机的质量M分三种情况：飞机的最大起飞重量、0.8倍的飞机最大着陆重量和飞机的运行空重；针对每种情况下的质量M确定一个飞机的俯仰惯性矩；

步骤3：进行拦阻材料力学特性仿真，确定拦阻材料力学特性；

步骤4：根据前一个时刻飞机起落架压入拦阻材料的深度，确定当前时刻起落架受到拦阻材料提供的垂直力和阻力；起落架包括前起落架和主起落架；

步骤5：根据步骤4计算的起落架在当前时刻受到的垂直力，进行起落架减震支柱的动态特性仿真，确定当前时刻起落架减震支柱外筒受到的垂向支持力和内筒在垂直方向上发生的压缩量；

步骤6：进行飞机气动力仿真，根据前一个时刻飞机的运动速度确定当前时刻飞机受到的升力、阻力和俯仰力矩；

步骤7：进行飞机运动仿真，根据飞机当前时刻受到的升力、阻力和俯仰力矩，结合飞机动力学方程，确定当前时刻飞机的运动参数以及机轮压入拦阻材料的深度，飞机的运动参数包括位置、速度和加速度；

步骤8：判断飞机是否已经被拦阻系统拦停，如果否，则转到步骤4；如果是，则执行步骤9；

步骤9：输出停止距离、飞机运动参数及起落架的受力；

步骤10：根据步骤9得到的结果判断当前拦阻系统设计方案是否满足设计要求，若不满足要求，则调整拦阻系统设计方案，然后转步骤1执行；若满足要求，则结束本次拦阻系统的设计，输出当前步骤1所输入的拦阻系统设计方案。

步骤3中所述的确定飞机在当前时刻的拦阻材料力学特性，具体方法是：(3.1)通过材料力学实验测试了拦阻材料的力学特性曲线；(3.2)利用(3.1)得到的曲线计算拦阻材料在应变0～0.85范围的平均应力值，将得到的平均应力值作为拦阻材料力学特性σ₀。

步骤4中所述的确定起落架受到拦阻材料提供的垂直力和阻力，分别针对前起落架和主起落架，首先确定该起落架受到的拦阻材料的阻力D：D=H*W*N*σ₀；其中，H表示前一个时刻该起落架的机轮压入拦阻材料的深度，W表示该起落架机轮的宽度，N表示该起落架的机轮个数；然后确定该起落架受到拦阻材料提供的垂直力F_y：若前一个时刻该起落架的机轮压入拦阻材料的深度H小于该起落架的机轮半径R时，若前一个时刻该起落架机轮压入拦阻材料的深度H大于等于该起落架的机轮半径R时，

F_y＝R*W*N*σ₀。

所述的步骤5的实现方法是：