[发明专利]一种准静态起落架动力学模型构建方法

说明书

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。

技术领域

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

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

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角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，直到两帧差值满足门限值要求；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。

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：

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；

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受力；

a)首先根据无线电高度、各机轮轴压缩前的位置和转换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，根据构建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，直到轮胎受力的两帧差值满足门限值要求；

若满足要求则将最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；