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《機場道面凹陷對飛機與牽引車 抱輪系統動力學性能的影響研究》,

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發表于 2019-9-18 21:39:10 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
《機場道面凹陷對飛機與牽引車   抱輪系統動力學性能的影響研究》

機場道面凹陷對飛機與牽引車抱輪系統動力學性能的影響研究
張威1、2,寧志華3,王偉1,王立文2
(1.中國民航大學航空工程學院,天津300300)
(2.中國民航航空地面特種設備研究基地,天津300300)
(3.中國民航大學電子信息與自動化學院,天津300300)
作者簡介:張威(1979—),男,教授,博士,主要研究方向為機器人學與機構學,[email protected]
摘要:為研究無桿式飛機牽引車在牽引飛機過程中機場道面產生的激勵對抱輪系統的影響規律,牽引車采用10,20和30km/h 3個不同牽引速度牽引飛機,并針對每個牽引速度施加不同波幅的凹陷道面激勵對系統進行仿真,得出系統在不同牽引速度下的振動加速度曲線和不同道面合適的牽引速度,從而為抱輪機構的結構強度設計提供依據。
關鍵詞:抱輪機構;前起落架;道面激勵;MATLAB仿真分析
中圖分類號:V226.3; TH132.4文獻標識碼:A文章編號:2095-509X(2019)07-0015-05
牽引車是機場特種車輛,目前機場使用的牽引車分有桿式和無桿式兩種。有桿式飛機牽引車由于作業效率低、車身笨重等正在被無桿式飛機牽引車替代。與有桿式飛機牽引車相比,無桿式飛機牽引車移動靈活,通過牽引車抱輪機構與飛機前起落架連接,抱起和放下的過程操作簡單,只需要少量地勤人員參與即可[1]。但是,由于無桿式飛機牽引車的重力小于前起落架施加于其抱輪機構上的重力載荷,當其以一定的速度牽引飛機經過機場〖HJ〗道面較為常見的長波凹坑時,將使前起落架緩沖支柱產生振動,這將會使整個抱輪系統及牽引車出現更大的振動。因此研究機場道面產生的激勵對抱輪系統的影響是至關重要的。
張積洪等[2]首先利用ADMAS動力學軟件創建輪胎和地面譜密度的數學模型,然后再設置動摩擦和靜摩擦因數來仿真分析牽引時的平順性,得知在低速牽引時平順性較好;程國勇等[3]分別利用3種不同的速度在最不利波長條件下得出最大允許波幅,為分析道面的平整度提供了依據;張明等[4]將前起落架緩沖支柱的非線性彈簧力用泰勒級數展開,并用中心差分法分析了飛機道面滑行的隨機振動。以上研究只是在建立單個模型后做整體性分析,對前起落架緩沖支柱和抱輪機構兩者組成的抱輪系統沒有進行深入分析,而抱輪系統的整體動力學響應在整個分析中卻起著重要作用。本文將對這兩個牽引過程中主要的振源進行分析。
1抱輪系統模型分析
在牽引飛機時,無桿式飛機牽引車抱輪機構與前起落架組成的系統如圖1所示,可將前起落架機輪和抱輪機構看成一個三自由度系統。

牽引車在牽引飛機時垂直方向的隨機振動對系統的影響最大,而在垂直方向上的主要激勵源為機場路面的不平度[3]。對系統做出合理假設(假設見下文),可得到系統的模型
圖中:Fa和F1分別為前起落架緩沖支柱部分的空氣彈簧力和油液阻尼力(由于路面引起的隨機振動幅值較小,可以忽略緩沖支柱內外光滑圓柱面之間的摩擦力);前起落架的機身承載簡化為上部的彈性支撐部分,質量為m1,振動幅值為y1;輪胎、緩沖支柱內筒及鏈接件簡化為下部的彈性支撐部分,質量為m2,振動幅值為y2;飛機牽引車及抱輪機構簡化為作用在地面與起落架輪胎間的彈簧阻尼,質量為m3,振動幅值為y3;q(t)為地面對系統的激勵。
對模型做如下基本假設:
1)牽引時前起落架機輪可以隨抱輪機構的平臺繞前起落架中軸自由轉動。
2)將牽引車部分簡化為只考慮輪胎剛度作用的平臺(由于牽引車為機場特殊設備車輛,車身較低,路面狀況較好,沒有懸架減震等結構)。
3)忽略機輪軸相對于緩沖支柱中心線的偏距。
4)抱起時抱輪平臺的傾角與前起落架向前的傾角相等(一般為7°)。
5)前起落架縱向的左右對稱面與抱輪機構的左右對稱面為同一個平面(本文主要研究抱輪系統在機場道面長波凹陷區的響應,且整體機構左右對稱,因此簡化分析在一個平面內對整體受力研究的影響可以忽略)。
2仿真系統的數學模型
仿真無桿式飛機牽引車在牽引飛機時的隨機振動,需要將上文簡化后的機場道面激勵和抱輪系統用數學模型描述,并將道面激勵的時域數學表達式代入抱輪系統,通過修改時域表達式得到不同速度下系統的激勵。
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