[發(fā)明專利]一種采用差動(dòng)剎車控制飛機(jī)極限轉(zhuǎn)彎的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510219404.4
• 申請(qǐng)日: 2015-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104843175B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張謙;張穎姝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安航空制動(dòng)科技有限公司
• 主分類號(hào): B64C25/48
• 分類號(hào): B64C25/48
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種采用差動(dòng)剎車控制飛機(jī)極限轉(zhuǎn)彎的方法，其特征在于，具體過(guò)程是：

步驟1，確定飛機(jī)當(dāng)前滑行條件下的最大允許摩擦系數(shù)；所述的最大允許摩擦系數(shù)μ根據(jù)跑道條件、飛行員的操控經(jīng)驗(yàn)、轉(zhuǎn)彎任務(wù)的緊急程度和輪胎條件和氣候條件綜合確定；

步驟2，建立飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)方程：

所述飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)方程指飛機(jī)在低速滑行時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)方程，飛機(jī)自轉(zhuǎn)力矩平衡方程、飛機(jī)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心A轉(zhuǎn)彎的力矩平衡方程、飛機(jī)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心A轉(zhuǎn)彎的離心力方程、前機(jī)輪側(cè)向力平衡方程、飛機(jī)重心的偏轉(zhuǎn)角β和前輪偏轉(zhuǎn)角α的求解方程、前機(jī)輪垂直載荷分配方程、轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)主機(jī)輪垂直載荷分配方程、轉(zhuǎn)彎外側(cè)的松剎車主機(jī)輪垂直載荷分配方程和剎車機(jī)輪的剎車阻力方程；

步驟3，確定飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)的控制參數(shù)及能夠達(dá)到的狀態(tài)參數(shù)：

所述的飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)的控制參數(shù)包括飛行員應(yīng)該施加的剎車力矩和發(fā)動(dòng)機(jī)推力；所述飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)能夠達(dá)到的狀態(tài)參數(shù)包括轉(zhuǎn)彎半徑r、轉(zhuǎn)彎線速度、轉(zhuǎn)彎角速度和前輪偏轉(zhuǎn)角；具體過(guò)程是：

所述轉(zhuǎn)彎半徑r是以最小轉(zhuǎn)彎半徑l為起點(diǎn)，逐步增大轉(zhuǎn)彎半徑，得到若干個(gè)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑r；將得到的各轉(zhuǎn)彎半徑r分別作為輸入量，利用Matlab仿真計(jì)算軟件，在Simulink環(huán)境下，通過(guò)建立的飛機(jī)自轉(zhuǎn)力矩平衡方程、飛機(jī)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心A轉(zhuǎn)彎的力矩平衡方程、飛機(jī)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心A轉(zhuǎn)彎的離心力方程、前機(jī)輪側(cè)向力平衡方程、飛機(jī)重心的偏轉(zhuǎn)角β和前輪偏轉(zhuǎn)角α的求解方程、前機(jī)輪垂直載荷分配方程、轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)機(jī)輪垂直載荷分配方程、轉(zhuǎn)彎外側(cè)機(jī)輪垂直載荷分配方程和剎車機(jī)輪的剎車阻力方程，得到在穩(wěn)定的持續(xù)轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下，飛行員應(yīng)該施加給飛機(jī)的剎車力矩和發(fā)動(dòng)機(jī)推力，以及飛機(jī)在穩(wěn)定轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下所能達(dá)到的各狀態(tài)參數(shù)；將所述每一個(gè)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑r下實(shí)現(xiàn)極限轉(zhuǎn)彎所需的控制參數(shù)以及能夠達(dá)到的狀態(tài)參數(shù)連接起來(lái)，得到差動(dòng)剎車過(guò)程的極限轉(zhuǎn)彎曲線；

所述逐步增大轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)的步長(zhǎng)根據(jù)需要任意設(shè)定；

所述最小轉(zhuǎn)彎半徑l通過(guò)公式(10)確定：

l2=a2+(B2)2---(10)]]>

步驟4，通過(guò)飛行員對(duì)剎車力矩和發(fā)動(dòng)機(jī)推力進(jìn)行控制；

飛行員根據(jù)得到的差動(dòng)剎車過(guò)程的極限轉(zhuǎn)彎曲線，對(duì)剎車力矩和發(fā)動(dòng)機(jī)推力進(jìn)行控制。

2.如權(quán)利要求1所述一種采用差動(dòng)剎車控制飛機(jī)極限轉(zhuǎn)彎的方法，其特征在于，所述建立飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)方程的具體過(guò)程是：

Ⅰ建立以飛機(jī)轉(zhuǎn)彎外側(cè)主機(jī)輪接地點(diǎn)為軸的飛機(jī)自轉(zhuǎn)力矩平衡方程：

TmzB-FeB2+Nn·bcosα+Nn[(a+b)cosα+B2sinα]-Rnfr[(a+b)sinα-B2cosα]=0---(1)]]>

其中：其中：T_mz為剎車機(jī)輪的剎車阻力，單位：N；B為兩個(gè)主機(jī)輪之間的距離，單位：m；F_e為發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，單位：N；N_n為地面作用給前機(jī)輪的側(cè)向力，單位：N；b為飛機(jī)重心到前機(jī)輪軸的距離，單位：m；a為飛機(jī)重心到主機(jī)輪軸的距離，單位：m；α為前機(jī)輪相對(duì)機(jī)身中心線的偏轉(zhuǎn)角，單位：rad；R_n為地面作用在前機(jī)輪上的垂直載荷，單位：N；f_r為機(jī)輪與跑道的自由滾動(dòng)摩擦系數(shù)；

Ⅱ建立飛機(jī)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心A轉(zhuǎn)彎的力矩平衡方程：

Fercosβ-Tmz(rcosβ-B2)-Rmyfr(rcosβ+β2)-Rnfra+bsinα=0---(2)]]>

其中：其中：r為飛機(jī)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中重心點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑，單位：m；β為飛機(jī)重心和轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的連線與主機(jī)輪軸線的夾角，單位：rad；R_my為地面作用在轉(zhuǎn)彎外側(cè)的松剎車主機(jī)輪上的垂直載荷，單位：N；

Ⅲ建立飛機(jī)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心A轉(zhuǎn)彎的離心力方程：

MV2r=(Tmz+Rmyfr-Fe)sinβ+Nncos(α-β)-Rnfrsin(α-β)+Nmcosβ---(3)]]>

其中：M為飛機(jī)的總質(zhì)量，單位：Kg；V為飛機(jī)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中重心點(diǎn)的線速度，單位：m/S；N_m為地面作用在兩個(gè)主機(jī)輪上的側(cè)向力的合力，單位：N；

Ⅳ前輪側(cè)向力平衡方程：

Nn=ma+b+esinα(Vr)2---(4)]]>

其中：m為隨前輪一起偏轉(zhuǎn)的所有部件的總質(zhì)量，單位：Kg；e為前機(jī)輪軸中心線到前起落架支柱中心線的水平距離，單位：m

Ⅴ飛機(jī)重心的偏轉(zhuǎn)角β和前輪偏轉(zhuǎn)角α的求解方程

在得到的以飛機(jī)轉(zhuǎn)彎外側(cè)主機(jī)輪接地點(diǎn)為軸的飛機(jī)自轉(zhuǎn)力矩平衡方程、飛機(jī)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心A轉(zhuǎn)彎的力矩平衡方程、飛機(jī)繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心A轉(zhuǎn)彎的離心力方程和前機(jī)輪側(cè)向力平衡方程中，飛機(jī)重心和轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的連線與主機(jī)輪軸線的夾角β與飛機(jī)重心到主機(jī)輪軸的距離a和飛機(jī)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中重心點(diǎn)的轉(zhuǎn)彎半徑r的關(guān)系滿足公式(5a)：

sinβ=ar---(5a)]]>

通過(guò)公式(5a)能夠確定飛機(jī)重心和轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的連線與主機(jī)輪軸線的夾角β；前機(jī)輪相對(duì)機(jī)身中心線的偏轉(zhuǎn)角α與飛機(jī)重心到主機(jī)輪軸的距離a、飛機(jī)重心到前機(jī)輪軸的距離b、前機(jī)輪軸中心線到前起落架支柱中心線的水平距離e，以及飛機(jī)重心和轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的連線與主機(jī)輪軸線的夾角β的關(guān)系滿足公式(5b)：

tanα=a+b+eatanβ---(5b)]]>

通過(guò)公式(5b)能夠確定前機(jī)輪相對(duì)機(jī)身中心線的偏轉(zhuǎn)角α；

Ⅵ前機(jī)輪垂直載荷分配方程：

Rn=aa+bMg---(6)]]>

其中：g為重力加速度，單位：m/s²；

Ⅶ轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)主機(jī)輪垂直載荷分配方程：

Rmz=b2(a+b)Mg-MV2r·HB---(7)]]>

其中：R_mz為地面作用在轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的剎車主機(jī)輪上的垂直載荷，單位：N；H為飛機(jī)重心相對(duì)跑道地面的高度，單位：m；

Ⅷ轉(zhuǎn)彎外側(cè)的松剎車主機(jī)輪垂直載荷分配方程：

Rmy=b2(a+b)Mg+MV2r·HB---(8)]]>

Ⅸ剎車機(jī)輪的剎車阻力方程：

在穩(wěn)定的剎車狀態(tài)，剎車機(jī)輪的剎車阻₃力T_mz與地面作用在轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的剎車主機(jī)輪上的垂直載荷R_mz之間滿足公式(9a)：

T_mz＝μ·R_mz???(9a)

飛行員主動(dòng)施加在機(jī)輪剎車裝置上的剎車力矩M_b與剎車機(jī)輪的剎車阻力T_mz之間滿足公式(9b)：

Tmz=Mbrm---(9b)]]>

其中：μ為飛機(jī)當(dāng)前滑行條件下地面與機(jī)輪的最大允許摩擦系數(shù)；M_b為剎車力矩，單位：Nm；r_m為轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)剎車主機(jī)輪的滾動(dòng)半徑，單位：m。