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一种准静态起落架学模型构建方法

阅读:986发布:2023-01-19

专利汇可以提供一种准静态起落架学模型构建方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种准静态 起落架 动 力 学模型构建方法,属于飞机仿真技术领域。步骤一、输入飞机状态参数,内部构建起落架系统主要参数。步骤二、构建轮胎 坐标系 、半轮轴坐标系、减震支柱坐标系和 机体 坐标系,建立各个坐标系相互转换的转换矩阵。步骤三、计算机轮是否接地、减震支柱是否压缩以及相应的轮胎压力。步骤四、 迭代 初值计算各减震支柱受力、机轮轴受力和轮胎受力,直到其两 帧 差值满足 门 限值要求。步骤五、通过坐标转换,求得飞机 重心 处体轴系所受合力和合力矩。步骤六、根据需要输出计算过程参数。本发明保证飞机地面运动仿真 精度 的同时,简化了起落架系统参数的求解过程,提高了仿真程序的运行效率,减少了模型参数对飞行试验数据的依赖。,下面是一种准静态起落架学模型构建方法专利的具体信息内容。

1.一种准静态起落架学模型构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、输入飞机状态参数及构建起落架所需参数;
所述飞机状态参数包含飞机欧拉、飞机体轴系角速度、飞机地轴系速度、飞机无线电高度、飞机前轮偏度、刹车幅度及发动机工作状态;
所述构建起落架所需参数包含:各机轮轴压缩前的位置、各机轮半径、减震支柱压缩力-位移曲线、减震支柱粘性摩擦系数、减震支柱阻尼摩擦系数、各支柱机轮数量、轮胎压力系数、典型跑道滚动摩擦系数、自动防滑摩擦系数曲线及前轮偏度限制曲线;
步骤二、构建轮胎坐标系、半轮轴坐标系、减震支柱坐标系及机体坐标系并建立各个坐标系相互转换的转换矩阵;
步骤三、判断机轮是否接地、减震支柱是否压缩以计算相应的轮胎压力;
a)首先根据无线电高度、轮轴位置和方向余弦矩阵计算各支柱轮胎是否接地;
b)然后根据飞机机体线运动和角运动计算各轮轴的运动参数,判断各减震支柱是否存在压缩;
若各减震支柱不存在压缩,则输出零向量;
若各减震支柱存在压缩,则进行下一步计算;
c)最后设定纵向摩擦系数和侧向摩擦系数的初值,根据构件起落架所需的参数以及前轮偏度、刹车幅度和发动机工作状态,计算各减震支柱受力、机轮轴受力和轮胎受力;
步骤四、以轮胎受力作为迭代初值,重新计算各减震支柱受力、机轮轴受力和轮胎受力,直到轮胎受力的两差值满足限值要求;
若满足要求则将最后后一帧得到的轮胎受力作为当前时刻的轮胎受力;
步骤五、通过坐标转换,将步骤四得到的轮胎受力,转换为飞机重心处体轴系所受合力和合力矩;
步骤六、输出计算过程中相应参数;
所述计算过程中相应参数包括:飞机所受合力、飞机所受合力矩、各支柱轮载、机轮轮速、轮胎各向摩擦系数和减震支柱压缩量。
2.根据权利要求1所述的准静态起落架动力学模型构建方法,其特征在于:所述步骤二中,所述轮胎坐标系固连于轮胎转动中心,各轴平行于轮胎运动轴线,方向符合右手定则;
所述半轮轴坐标系固连机轮轴,各轴平行于机体轴在地轴系上的投影,方向符合右手定则;
所述减震支柱坐标系固连于减震支柱,各轴平行于减震支柱,方向符合右手定则;
所述机体坐标系与飞机机体坐标系重合。
3.根据权利要求1所述的准静态起落架动力学模型构建方法,其特征在于:所述步骤四中,所述设定门限值为50千克力。
4.根据权利要求1所述的准静态起落架动力学模型构建方法,其特征在于:所述步骤四中,所述轮胎受力包括:轮胎压力、轮胎纵向摩擦力及轮胎侧向摩擦力。

说明书全文

一种准静态起落架学模型构建方法

技术领域

[0001] 本发明属于飞机仿真技术领域,具体涉及一种准静态起落架动力学模型构建方法。

背景技术

[0002] 飞机地面运动(滑行刹车、转弯、抬轮、离地和触地等)过程中,轮胎与跑道表面接触,为飞机提供必要的支反力和摩擦力。起落架系统动力学仿真建模对模拟飞机以上地面运动过程起着至关重要的作用,是飞行仿真领域的重要组成部分。在型号试验评估和飞行员训练设备研制中,起落架动力学模型更是必不可少的组成部分。在设备等级鉴定和使用效能评估中,也是部分标准评估项目的重要影响因素。例如,飞机单发失效评估中,起落架系统的纠偏能力和转弯可预测性就直接影响不对称推力的控制方式和控制增益。目前,起落架动力学仿真要么过于简单,无法较为真实地模拟飞机地面运动过程;要么过于复杂,严重依赖飞行试验数据,开发成本偏高。

发明内容

[0003] 本发明的目的:为了解决上述问题,本发明提出了一种准静态起落架动力学模型构建方法,由飞机重心线运动和运动计算得到的各轮胎地面支反力作为初始状态参数;对轮胎地面支反力、轮胎纵向摩擦力和轮胎侧向摩擦力进行N次迭代计算,直到两差值满足限值要求;保证飞机地面运动仿真精度的同时,极大地简化了起落架系统参数的求解过程,提高了仿真程序的运行效率,减少了模型参数对飞行试验数据的依赖。
[0004] 本发明的技术方案:一种准静态起落架动力学模型构建方法,包括以下步骤:
[0005] 步骤一、输入飞机状态参数及构建起落架所需参数;
[0006] 所述飞机状态参数包含飞机欧拉角、飞机体轴系角速度、飞机地轴系速度、飞机无线电高度、飞机前轮偏度、刹车幅度及发动机工作状态;
[0007] 所述构建起落架所需参数包含:各机轮轴压缩前的位置、各机轮半径、减震支柱压缩力-位移曲线、减震支柱粘性摩擦系数、减震支柱阻尼摩擦系数、各支柱机轮数量、轮胎压力系数、典型跑道滚动摩擦系数、自动防滑摩擦系数曲线及前轮偏度限制曲线;
[0008] 步骤二、构建轮胎坐标系、半轮轴坐标系、减震支柱坐标系及机体坐标系并建立各个坐标系相互转换的转换矩阵;
[0009] 步骤三、判断机轮是否接地、减震支柱是否压缩以计算相应的轮胎压力;
[0010] a)首先根据无线电高度、轮轴位置和方向余弦矩阵计算各支柱轮胎是否接地;
[0011] b)然后根据飞机机体线运动和角运动计算各轮轴的运动参数,判断各减震支柱是否存在压缩;
[0012] 若各减震支柱不存在压缩,则输出零向量;
[0013] 若各减震支柱存在压缩,则进行下一步计算;
[0014] c)最后设定纵向摩擦系数和侧向摩擦系数的初值,根据构件起落架所需的参数以及前轮偏度、刹车幅度和发动机工作状态,计算各减震支柱受力、机轮轴受力和轮胎受力;
[0015] 步骤四、以轮胎受力作为迭代初值,重新计算各减震支柱受力、机轮轴受力和轮胎受力,直到轮胎受力的两帧差值满足门限值要求;
[0016] 若满足要求则将最后后一帧得到的轮胎受力作为当前时刻的轮胎受力;
[0017] 步骤五、通过坐标转换,将步骤四得到的轮胎受力,转换为飞机重心处体轴系所受合力和合力矩;
[0018] 步骤六、输出计算过程中相应参数;
[0019] 所述计算过程中相应参数包括:飞机所受合力、飞机所受合力矩、各支柱轮载、机轮轮速、轮胎各向摩擦系数和减震支柱压缩量。
[0020] 优选地,所述步骤二中,所述轮胎坐标系固连于轮胎转动中心,各轴平行于轮胎运动轴线,方向符合右手定则;
[0021] 所述半轮轴坐标系固连机轮轴,各轴平行于机体轴在地轴系上的投影,方向符合右手定则;
[0022] 所述减震支柱坐标系固连于减震支柱,各轴平行于减震支柱,方向符合右手定则;
[0023] 所述机体坐标系与飞机机体坐标系重合。
[0024] 优选地,所述步骤四中,所述设定门限值为50千克力。
[0025] 优选地,所述步骤四中,所述轮胎受力包括:轮胎压力、轮胎纵向摩擦力及轮胎侧向摩擦力。
[0026] 本发明技术方案的有益技术技术效果:本发明通过假设轮胎纵向摩擦系数、轮胎侧向摩擦系数,计算轮胎压力初始状态参数,并进行N次迭代,使轮胎受力计算值能够快速收敛;在保证飞机地面运动仿真精度的同时,极大地简化了起落架系统参数的求解过程,提高了仿真程序的运行效率,减少了模型参数对飞行试验数据的依赖。附图说明
[0027] 图1为本发明准静态起落架动力学模型构建方法的一优选实施例的流程示意图。

具体实施方式

[0028] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,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,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0029] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0030] 图1为本发明一种准静态起落架动力学模型构建方法的流程示意图;
[0031] 一种准静态起落架动力学模型构建方法,包括以下步骤:
[0032] 步骤一、输入飞机状态参数及构建起落架所需参数;
[0033] 所述飞机状态参数包含飞机欧拉角(俯仰角、滚转角和航向角)、飞机体轴系角速度(滚转角速度、俯仰角速度和偏航角速度)、飞机地轴系速度(北向速度、东向速度和天向速度)、飞机无线电高度、飞机前轮偏度、刹车幅度和发动机工作状态。
[0034] 内部构建起落架系统主要参数,所述主要参数包含各机轮轴位置(未压缩)、各机轮半径、减震支柱压缩力-位移曲线、减震支柱粘性摩擦系数、减震支柱阻尼摩擦系数、各支柱机轮数量、轮胎压力系数、典型跑道滚动摩擦系数、自动防滑摩擦系数曲线和前轮偏度限制曲线等。
[0035] 步骤二、构建轮胎坐标系、半轮轴坐标系、减震支柱坐标系及机体坐标系并建立各个坐标系相互转换的转换矩阵;
[0036] 构建轮胎坐标系、半轮轴坐标系、减震支柱坐标系和机体坐标系,用于描述轮胎、机轮轴、减震支柱和机体的运动参数以及受力状态。
[0037] 本实施例中,轮胎坐标系固连于轮胎转动中心,各轴平行于轮胎运动轴线,方向符合右手定则;
[0038] 半轮轴坐标系固连机轮轴,各轴平行于机体轴在地轴系上的投影,方向符合右手定则;
[0039] 减震支柱坐标系固连于减震支柱,各轴平行于减震支柱,方向符合右手定则,机体坐标系与飞机机体坐标系重合。
[0040] 步骤三、判断机轮是否接地、减震支柱是否压缩以计算相应的轮胎压力;
[0041] 首先根据无线电高度、轮轴位置和方向余弦矩阵计算各支柱轮胎是否接地;
[0042] 若各支柱轮胎不接地则根据飞机机体线运动和角运动计算各轮轴的运动参数,判断各减震支柱是否存在压缩;
[0043] 若各减震支柱不存在压缩,则输出零向量;
[0044] 若各减震支柱存在压缩,则假设纵向摩擦系数和侧向摩擦系数为给定初值,根据起落架系统主要参数以及前轮偏度、刹车幅度和发动机工作状态,计算各减震支柱受力、机轮轴受力和轮胎受力。
[0045] 步骤四、以轮胎受力作为迭代初值,重新计算各减震支柱受力、机轮轴受力和轮胎受力,直到轮胎受力的两帧差值满足门限值要求。将最后一帧得到的轮胎受力作为当前时刻的轮胎受力。
[0046] 本实施例中,轮胎压力包括轮胎压力、轮胎纵向摩擦力和轮胎侧向摩擦力。
[0047] 步骤五、通过坐标转换,将步骤四得到的轮胎受力,转换为飞机重心处体轴系所受合力和合力矩。
[0048] 步骤六、根据需要,输出计算过程参数。所述计算过程参数包括飞机所受合力、飞机所受合力矩、各支柱轮载、机轮轮速、轮胎各向摩擦系数和减震支柱压缩量等。
[0049] 为了便于说明该方法的效果,建立了一套飞机运动仿真程序,其中气动力和发动机力均假设为零。表1给出了初始输入参数设置状态,如下所示:
[0050]
[0051] 各初始输入参数设置状态对应的仿真结果曲线的仿真结果表明:飞机姿态、速度和轨迹运动均符合典型飞机操纵规律,能够与飞机设计要求、驾驶习惯和飞行试验数据匹配。本发明实现了起落架系统主要功能的系统级仿真,能够正确模拟飞机姿态、速度和轨迹的地面运动规律。
[0052] 最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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