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针对目前机场道面平整度评价指标研究较少,评价标准主要依赖试验确定,
而受条件所限,机场试验难度较大的问题,本文提出一种通过理论分析与仿真
计算确定机场道面平整度评价标准的方法。
现有机场道面平整度评价指标来源于路面平整度评价指标,由于路面平整
度评价指标并不统一,评价指标与标准各异,作为研究的基础环节,论文首先
对已有的路面平整度评价指标进行了深入分析,重点分析了国际平整度指数IRI、
路面功率谱密度PSD与舒适度指数RN。编制了三者计算程序,从而为下一步的
研究服务。本文将路面不平整度假设为随机平稳变量而作为四分之一车模型的
激励,得到四分之一车模型的各种响应,再由响应建立IRI与PSD之间的近似
相关关系,通过上海市实测典型路段与美国长期路面研究LTPP的纵断面实测高
程数据验证了推导结果。同时,利用上海实测断面高程计算IRI与RN,建立IRI
与RN之间的相关关系,再通过RN与路面服务水平之间的关系,推导IRI与路
面服务水平之间的关系,从而得到一种符合实际路面情况的基于IRI的路面行驶
质量水平评价标准的方法。最后,本文通过对大量不同波长、不同波幅的余弦
路面波形计算,得到IRI与波长、波幅的关系,由此关系建立了能直观反应三者
关系的数值关系表。本文提出了路面等效波长的概念及其计算方法。
接着论文分析了机场道面与路面的差异,以二自由度模型作为机场道面不
平整度理论分析模型,并采用典型机型分别得到飞机前起模型与主起模型的四
个计算参数。采用动力学计算方程,对二自由度模型的频响特性进行了分析;
用当量简化方法得到其自振频率的简化计算公式,计算了飞机前起模型与主起
模型、四分之一车模型的自振频率;对飞机二自由度模型的四个参数进行了敏
感性分析;对速度对模型的影响分析进行了深入研究,以IRI模型为例对其进行
了计算分析,从而证明其关系受系统自振频率控制;文中对机场不平整度引起
飞机的动荷进行了理论分析,计算了路面激励为余弦函数时其动载的数学表达
式,分析了速度、波长、频率以及不同变化率下的动荷系数影响变化。
论文通过多体动力学软件ADAMS建立了飞机的全机模型,并建立了三种
ADAMS机场道面文件,包括余弦波形路面文件、随机路面文件以及实测路面文件。
接着对各种波长之下的机场路面进行大量仿真计算,求出其最不利波长;然后
对最不利波长之下的不同幅值进行仿真分析,得到最不利波长的最大幅值,从
而得到最不利波长下的幅值评价标准。随后对所建立的各种路面进行仿真分析,
以飞机重心处最大加速度作为评价指标,从而建立了基于动力学仿真的机场道
面IRI评价标准,为机场道面的跑道及滑行道检测提供了检测标准。
最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。
关键词:机场道面,平整度,国际平整度指数,动力学,仿真