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道面抗滑性能是影响飞机着陆安全的重要因素,当道面处于湿滑状态时,飞机着陆滑跑阶段发生冲出跑道事故的风险大大增加。现有研究中,湿滑道面抗滑性能的评价往往只着眼于轮胎-道面这一局部区域在某个时刻与湿滑道面间的相互作用,忽略了全机在完整的着陆滑跑过程中的力学及运动学行为。关于飞机冲出跑道的风险研究则大多基于历史数据的统计或宏观的回归分析,而少有从力学角度出发进行正向计算的研究方法。此外,道面抗滑性能与飞机冲偏出跑道的研究往往相互独立,难以将道面抗滑性能与飞机冲出跑道的风险相挂钩。因此,本文将道面抗滑性能与抗滑失效风险评估相结合,通过理论分析、数值模拟、虚拟样机仿真等手段,对湿滑道面抗滑性能衰减导致飞机冲出跑道风险进行定量评估。
首先,使用CATIA软件设计了机身和起落架结构的几何模型,然后将其导入ADAMS/Aircraft中进行虚拟样机的建模。分析模型中各重要部件的力学模型并计算相关的参数,最终建立A320机型的6大子系统,并将这些子系统进行组装,形成整机装配体模型,并通过道面数据文件建立机场道面模型,用于飞机制动滑跑仿真分析。
其次,基于制动过程中的飞机机轮动力学分析,对ABS制动系统的工作原理进行详细阐述。基于模糊控制理论,以期望滑移率为控制目标,把实际滑移率误差及其变化率作为控制系统输入量,把制动力矩指令作为输出量,建立了二维模糊ABS控制器。随后建立了ADAMS/Aircraft与Simulink的联合仿真模型。
然后,通过有限元模拟,计算了干燥、3mm水膜道面和7mm水膜道面上轮胎与道面间的「结合系数-滑移率」二维曲线关系,以及干燥和3mm水膜道面上的「结合系数-滑移率-速度」三维曲面关系,并将它们用于制动滑跑仿真。在上述三种道面上进行了仿真分析,发现ABS控制系统性能良好,可将实际滑移率控制在最佳滑移率区间内。道面水膜厚度的增加和制动初始速度的提高均引起机轮-道面结合系数的衰减,并最终体现为飞机减速率的降低和制动距离的增加。
最后,建立了道面抗滑失效风险评估体系,给出了飞机着陆冲出跑道风险的计算方法,发现当飞机接地速度服从正态分布时,总着陆距离也服从正态分布。以杭州机场跑道为例进行计算,结果表明随着水膜厚度的增加,着陆距离分布的均值、标准差极大增加,使飞机冲出跑道事故的风险升高。
综上所述,本文基于力学计算,分析了ABS制动系统、道面湿滑程度、道面平整度以及飞机接地速度等因素对飞机着陆制动安全的影响,实现了道面抗滑失效风险的定量评估。对道面养护管理工作和飞机降落安全预警均有一定意义。
首先,使用CATIA软件设计了机身和起落架结构的几何模型,然后将其导入ADAMS/Aircraft中进行虚拟样机的建模。分析模型中各重要部件的力学模型并计算相关的参数,最终建立A320机型的6大子系统,并将这些子系统进行组装,形成整机装配体模型,并通过道面数据文件建立机场道面模型,用于飞机制动滑跑仿真分析。
其次,基于制动过程中的飞机机轮动力学分析,对ABS制动系统的工作原理进行详细阐述。基于模糊控制理论,以期望滑移率为控制目标,把实际滑移率误差及其变化率作为控制系统输入量,把制动力矩指令作为输出量,建立了二维模糊ABS控制器。随后建立了ADAMS/Aircraft与Simulink的联合仿真模型。
然后,通过有限元模拟,计算了干燥、3mm水膜道面和7mm水膜道面上轮胎与道面间的「结合系数-滑移率」二维曲线关系,以及干燥和3mm水膜道面上的「结合系数-滑移率-速度」三维曲面关系,并将它们用于制动滑跑仿真。在上述三种道面上进行了仿真分析,发现ABS控制系统性能良好,可将实际滑移率控制在最佳滑移率区间内。道面水膜厚度的增加和制动初始速度的提高均引起机轮-道面结合系数的衰减,并最终体现为飞机减速率的降低和制动距离的增加。
最后,建立了道面抗滑失效风险评估体系,给出了飞机着陆冲出跑道风险的计算方法,发现当飞机接地速度服从正态分布时,总着陆距离也服从正态分布。以杭州机场跑道为例进行计算,结果表明随着水膜厚度的增加,着陆距离分布的均值、标准差极大增加,使飞机冲出跑道事故的风险升高。
综上所述,本文基于力学计算,分析了ABS制动系统、道面湿滑程度、道面平整度以及飞机接地速度等因素对飞机着陆制动安全的影响,实现了道面抗滑失效风险的定量评估。对道面养护管理工作和飞机降落安全预警均有一定意义。