[发明专利]用于预测支柱式起落架动着陆载荷的方法及系统

说明书

本发明提供一种用于预测支柱式起落架动着陆载荷的方法，包括：着陆时刻确定步骤：基于起落架轮轴点处的加速度确定着陆时刻；起落架载荷确定步骤：基于压缩量以及起落架轮轴点处的加速度计算出起落架载荷，起落架载荷确定步骤包括如下子步骤：第一子步骤：基于压缩量确定起落架的初步轴向力；第二子步骤：基于计算出的初步轴向力以及起落架轮轴点处的加速度确定起落架的弯曲力；第三子步骤：基于弯曲力和支柱的支柱摩擦系数确定起落架的修正轴向力。通过该方法，不经应变获取起落架载荷，不使用经验公式，直接借助加速度及压缩量，可对着陆场景中的起落架载荷进行快速评估及分析。本发明还包括一种用于预测支柱式起落架动着陆载荷的系统。

技术领域

本发明涉及航空航天领域，特别是民用飞机领域，尤其是用于民用飞机支柱式起落架。具体来说，本发明主要涉及一种用于预测起落架动着陆载荷的方法以及一种用于预测起落架动着陆载荷的系统。

背景技术

飞机的着陆过程是指从空中飞行状态降低高度和速度回到地面的整个过程。着陆载荷是民用航空规章(例如，《中国民用航空规章第25部：运输类飞机适航标准》)对地面载荷的相关规定中的重要构成。随着现代民用飞机的大型化，机体弹性对载荷包线的影响变大，考虑动态分析的动着陆载荷已成为民用飞机最重要的设计载荷情况之一。飞机详细设计阶段和取证阶段都需给出动着陆载荷在全机的分布情况，以评估飞机结构的受载能力。此外，动着陆载荷是疲劳谱的重要输入，影响飞机的疲劳寿命。尤其是，着陆阶段是飞行安全保证的关键阶段，易发生重着陆、硬着陆等不良场景。因此，动着陆载荷的计算精度对结构强度设计至关重要。

正因为动着陆载荷对机身结构强度尤为重要，所以需要进行动载荷分析，而开展动着陆试飞有助于进行对动载荷分析的验证。虽然已知通过落震试验可确认起落架特性，但是落震试验中并不存在气动力，机体简化为集中质量点，仅存在机体、起落架与台架之间的相互作用，其着重点在起落架特性的确认。

但与此相比，在进行实际着陆试飞过程中，首先，由于气动力与重力无法一直保持平衡，存在由于扰流板工作等情况造成的升力破升等状态。其次，考虑到起落架本身的支柱弹性以及起落架与机体连接区的弹性、起落架质量、机体的弹性响应过程，起落架在触地后，产生的垂向力、侧向力及航向力并非是恒定的。另外，由于试飞过程中存在风速、跑道位置等各种因素影响，很容易出现左右机轮不对称着陆的情况。因此，如何获取准确的起落架时域载荷成为影响动着陆载荷验证的关键。

现有技术中存在一些分析动着陆载荷的方法。例如，已知在US16152183与US13267561中提供了一种分析起落架载荷的系统，其使用布置在起落架附近的多个应变传感器，处理着陆场景中的应变，经电缆敷设对应变系统供电，并且进行若干采样率的应变收集，然后通过起落架结构变形来估算起落架载荷。然而，这种方法采用应变来对起落架载荷进行预测，但民用飞机机体结构复杂，着陆场景中起落架的轴向变型、航向变形及侧向变形同时存在，且易造成不平称着陆，采用应变获取起落架载荷存在失效的风险。这种方法还显然会对应变片选取的位置要求很高，通常需要拆卸起落架，将起落架安装在试验台架上，并将应变布置在能反映真实应变幅值及频率的位置才能获得较为真实的起落架载荷。此外，建立应变到起落架载荷的关系本身要求精度也高，这需要经大量试验获得，耗时长，精度实际上难以保障。

此外，还已知US11225602公开了一种用于计算和显示飞机在执行正常、超重或硬着陆事件时所产生和经历的动能的系统。该系统需要为每个起落架安装压力传感器和倾角传感器，以监测、测量和记录起落架开始与地面接触时受到的冲击载荷和飞机着地垂直速度，并且进行速度调节以校正起落架每次充气压力和起落架支柱密封摩擦引起的误差。该系统还测量每个起落架在着陆时经历的着陆载荷，并确定是否已经超过飞机限制。该系统使用压力值及压缩量及飞机总重作为输入，计算下沉速度，输出着陆瞬间的载荷。然而，这种方法在起落架载荷过大时会影响到起落架的安全性。