跑道特性对飞机起飞性能影响的仿真研究_柳子栋

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1、第40卷第3期航空计算技术Vol.40No.32010年5月AeronauticalComputingTechniqueMay.2010跑道特性对飞机起飞性能影响的仿真研究柳子栋，詹浩，邓阳平(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要:在考虑跑道不平度和摩擦力对飞机滑跑姿态以及气动力的影响下，建立了跑道、飞机本体和起落架的动力学模型，并对飞机在简易跑道上的起飞性能进行了仿真研究。通过对飞机起飞的运动轨迹和姿态的数值模拟，得到了飞机起飞性能参数，以及跑道不平度对起落架及机体的随机振动影响。仿真结果表明，所建立的动力学模型和相应的仿真方法能

2、够满足飞机在不同跑道特性起飞性能研究的需要。关键词:跑道特性;动力学模型;起飞性能;简易跑道中图分类号:V212.13文献标识码:A文章编号:1671-654X(2010)03-0041-03引言面的承载压强，由此便可以确定在简易机场跑道起降时的轮胎最大胎压。由于简易机场跑道与普通机场跑道相比，具有较另外随着飞机重量和滑跑速度的日益增加，在飞大的不平度和较小的承载能力的特点，所以飞机在简机滑跑过程中由跑道粗糙度产生的动态响应也相应增易机场中起飞的性能是军用飞机设计一个重要技术指加了。如果飞机不能忍受较低强度的道面和较高的粗标。近年来很少有关于飞

3、机简易跑道起飞性能的研糙度，它就必须降低载重、燃油或者降低使用次数，所究，即使有也大多集中于因为跑道不平度而引起的随有这些都将使飞机的使用受到很大的限制。机振动对飞机起落架和结构强度所带来影响的研究，研究方法多为频域的功率谱方法。本文深入分析了飞机在简易机场上的起飞性2起飞性能仿真建模［1］能。并在此基础上利用MATLAB/simulink建立了针对不同的跑道特性，飞机起飞性能的仿真过程跑道、飞机本体和起落架的动力学模型，并且在充分考是复杂的。但按照模块化建模的思想可以将其条理梳虑跑道不平度对起落架和飞机受力的影响下，对飞机理清晰，减少计算负荷

4、，满足实时仿真的要求。起飞的运动轨迹和姿态进行数值模拟，得到了飞机起其方法为将飞机起飞性能仿真划分为几个相应的飞性能参数，以及跑道不平度对起落架及机体的随机模块，每个相应的模块都实现一定的功能，然后利用这振动影响，并进一步分析了不同跑道特性下的飞机起些模块相互间信息的传递来实现飞行仿真。飞性能。1简易机场跑道机场跑道是整个飞机滑跑响应系统的一个输入激励。对于简易机场跑道，目前国内还没有统一的标准。综合各方面资料，飞机在简易机场跑道上起飞要考虑的因素主要有两个，一个是较低的承载强度，一个是较高的粗糙度(地面起伏度)。图1仿真模块间传递关系对于承载

5、强度，目前飞机设计技术要求和技术性能说明中给出的简易跑道承载强度一般标准为6kg/如图1，飞机针对不同跑道特性进行起飞性能仿2cm。利用轮胎所受压力除以该压力下对应变形的触真的动力学模型是由气动系数模型、运动学和动力学地面积便可得到机轮触地点的压强，也就是该位置路方程模型、简易跑道模型、发动机模型、大气模型和起收稿日期:2010-01-04修订日期:2010-03-23作者简介:柳子栋(1984－)，男，河南商丘人，硕士研究生，研究方向为飞行器设计专业。·42·航空计算技术第40卷第3期［2］落架模型构成的。然后按照飞机运动的内在逻辑关通过对基

6、于三角函数序列的多维随机过程模拟方系，依次在相应对象中调用其他相关对象，从而构成整法化简，可以得到一维平稳随机过程的数字模拟计算个飞行仿真过程。方法。即给定功率谱密度函数E(f)，均值为0的随机2.1动力学方程模型过程样本序列x(t)可由下式计算:n本文由于着重研究飞机起飞时的性能，因此只考x(t)=∑a(k)sin［πtf(k)+q(k)］虑飞机纵向的力和重心处的力和力矩平衡方程，所以k=1仅采用两种坐标系。一种是固连在飞机本体的机体坐其中:a(k)是0与σ之间均匀分布的相互独立的随机标系，另一种为固连在水平地面的地面坐标系。因此数，σ=槡4

7、E(k)△f;飞机重心处的力和力矩平衡方程为(地面坐标系下)△f=(fmax－fmin)/n，fmax和fmin是随机信号的频率Psin(θ+φp)+Lcos(θ－α)－Dsin(θ－α)+N1y+上下限，n是频率均分的段数;dVyf(k)=fmin+(k－0.5)△f;q(k)是在0与2π之间N2y－G=mdt均匀独立分布的随机数。dVx通过上述方法可产生给定功率谱的随机序列，且Psinθ－N1x－N2x－Lsin(θ－α)－Dcos(θ－α)=mdt该随机序列的均值为0，概率分布为正态分布。Mzq+N1yd1－N2yd2－N1xh1－N2x

8、h2=Izωz2.5起落架模型式中，N1y和N2y分别为前起落架和主起落架受地面作根据飞机姿态、起落架相对机身的位置关系以及用力的垂直分量，N1x和