[发明专利]采用差动刹车控制飞机转弯过程的动态仿真方法

说明书

一种采用差动刹车控制飞机转弯过程的动态仿真方法，通过改变飞机的结构参数、初始转弯状态参数以及飞行员对刹车力矩和发动机推力的控制参数，利用Matlab仿真计算软件，在Simulink环境下计算飞机转弯过程中第个时刻飞机所转过的角度，以及每个时刻转弯的角速度、转弯半径、转弯线速度，以及前轮和主轮所受到的地面的侧向力，根据跑道的情况，用机轮与跑道的峰值摩擦系数对机轮受到的侧向力进行校核。本发明能够用于对飞机的差动刹车进行转弯控制的能力进行设计，运用仿真工具对各个环节进行优化设计，准确预测飞机在只能通过差动刹车控制飞机转弯情况下的地面机动能力。

技术领域

本发明涉及飞机刹车控制领域，具体是一种采用差动刹车控制飞机转弯过程的动态仿真方法。

背景技术

西安航空科技制动有限公司在申请号为201510219404.4的发明创造中提出了一种采用差动刹车控制飞机极限转弯的方法。该方法所针对的飞机是没有前轮主动转弯控制系统的飞机，研究这种飞机在各种工况和转弯要求的条件下达到持续而稳定转弯的状态参数及控制参数，指出了飞机在各种持续稳定的转弯状态下的操控方法。在申请号为201510428031.1的发明创造中，提出了一种采用差动刹车控制飞机最小半径极限转弯的方法，该方法也是一种通过稳态仿真方法确定飞机转弯的控制参数，以实现飞机最小转弯半径控制的方法。

本发明是在上述两个发明创造的基础上进一步开发的，其主要差别在于要根据飞机的初始状态和飞行员主动操纵的包括差动刹车和发动机推力等因素，来计算飞机由直线到转弯的运动过程中所受到的各种力和转过的角度等状态参数的变化情况。

在飞机通过差动刹车实现转弯的动态过程中，会受到各种复杂的外力，见图1，这些作用力的平衡促使飞机以一个变化的速度和转弯半径实现转弯。这种飞机因为没有前轮主动转弯控制系统，当有差动刹车力矩时，它要克服飞机的转动惯量和前轮减摆器的阻力，让前轮发生偏转，促使飞机转弯；另一方面飞机在转弯过程中需要地面提供足够的向心力，这个向心力却有使前轮偏转角缩小的作用。另外在飞机由直线变为转弯时，随着转弯半径的减小和转弯速度的变化都会对飞机以瞬时转动中心为轴的转弯力矩产生影响，而且以瞬时转动中心为轴的这个飞机的转动惯量也是在实时变化的，飞机前轮的偏转角α、飞机重心和瞬时转动中心的连线与主机轮轴线之间的夹角β、以及飞机转过的角度也存在着复杂的几何关系。前轮的偏转还受到一些复杂的惯性力的作用，使得看似简单的飞机转弯过程很难得到精确的计算。

发明内容

为克服现有技术中均通过稳态仿真方法确定飞机转弯的控制参数，使得看似简单的飞机转弯过程很难得到精确的计算的不足，本发明提出了一种采用差动刹车控制飞机转弯过程的动态仿真方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，建立飞机的运动及动力学方程：

所述飞机的运动及动力学方程指飞机在低速滑行时实现稳定转弯的运动及动力学方程，包括飞机自转力矩平衡方程、飞机绕瞬时转动中心A的转弯力矩方程、飞机绕瞬时转动中心A转弯的离心力方程、以前起落架立支柱C为基点的前轮偏转力矩方程、前起落架立支柱C点的加速度求解方程、飞机重心O₁的夹角β的求解方程、转弯半径r的变化速度的求解方程、飞机转弯过程中的角速度求解方程、前机轮垂直载荷分配方程、转弯内侧刹车主机轮垂直载荷求解方程、转弯外侧松刹车主机轮垂直载荷求解方程和转弯内侧刹车机轮的刹车力矩方程。

所述建立飞机的运动及动力学方程的具体过程是：

1)建立以飞机转弯外侧主轮接地点为轴的飞机自转力矩平衡方程：