[发明专利]一种新型飞机着陆动荷载的计算方法

说明书

本发明公开了一种新型飞机着陆动荷载的计算方法，为了研究道面板在高胎压、大质量、短距离起降的作用下的荷载响应规律，根据新型飞机的受力特性和运动规律，分析起落架‑机轮‑道面耦合作用，并考虑飞机气动力变化，建立起5自由度的飞机地面动力学模型。通过四阶Runge‑Kutta法求解微分方程组，研究道面荷载随时间和空间的变化问题。研究结果表明：新型飞机主起落架产生的道面动载系数能达到1.4，飞机下沉速度是影响着陆荷载的主要因素。

技术领域

本发明涉及航空技术和机场工程领域，具体地说，涉及一种新型飞机着陆动荷载的计算方法。

背景技术

随着我国航空和国防事业的迅速发展，一大批新型飞机如J-20，Y-20，C919，An-225，J-31等，进入人们视野。这些新型飞机往往具有大重量、高胎压、短距离起降的特点。由于飞机参数和起降特性的改变，其地面荷载特性较以往发生着巨大变化。而我国现行的机场刚性道面设计规范中，仅以恒定的动载系数K_d来反映飞机对道面荷载的特性：在道面端部，胎压q≥1.08MPa时，取K_d＝1.25；q1.08MPa时，取K_d＝1.20，我国新型的飞机胎压已经远远大于1.25MPa。这种依靠弹性体系理论和静力学知识，将动荷载等效为静荷载，再分析道面结构应力的方法，在飞机重量不大、胎压小、下沉速度较低的情况下基本是合理的，但对新型飞机仍然用静态行为表示显然缺乏科学性和适用性。目前，国内外学者对飞机地面动力学与道(路)面结构动力学在各自领域都取得了一定的研究成果，但仍然存在诸多疑问：如对新型飞机的地面荷载实测数据十分缺乏，符合实际状况的飞机与道面系统耦合作用机理依然不清楚。因此，研究新型飞机荷载作用规律及道面力学响应，是响应国防航空事业快速发展形势和机场道面设计需求亟待解决的基础性问题。

发明内容

针对新型飞机着陆对机场跑道的荷载特性问题，在分析新型飞机着陆特性和飞机各子系统的基础上，建立飞机地面动力学数学模型，考虑不同着陆条件下飞机与道面系统耦合作用机理，本发明提出一种新型飞机着陆动荷载的计算方法。

其技术方案如下：

一种新型飞机着陆动荷载的计算方法，包括以下步骤：

步骤1、飞机着陆滑跑阶段受力分析；

在飞机着陆过程中，飞机下滑速度可分为竖直和水平方向，竖直方向的下沉速度，对道面产生冲击效应，形成动荷载；水平速度使机轮与道面产生相对运动，形成摩擦力，摩擦力大小取决于摩擦系数和竖向荷载的大小；飞机在着陆滑行时，在自身重力W、空气阻力D、升力L、地面对主起落架的竖向力F_z1、摩擦力F_x1、地面对前起落架的竖向力F_z2、摩擦力F_x2的共同作用下，减速至正常滑行速度，然后滑出跑道系统；飞机在跑道上滑跑时，地面对飞机的作用力时通过起落架传递到机体上的，因此起落架对飞机地面动力学特性有着重要影响；起落架主要由支柱、缓冲器、机轮系统、支撑或收放系统等部分组成，其主要功能是支撑和缓冲作用，以改善飞机垂直方向上的受力情况；在计算时，将起落架系统简化为起落架缓冲器与机轮系统；

步骤2、建立5自由度飞机地面动力学模型；