飞机防滑刹车和转向系统的建模与联合仿真（Part2）
飞机防滑刹车和转向系统的建模与联合仿真(PartII)
IV前轮转向系统的建立
前轮转向系统研究的是I.个机机械-液压操纵系统.液压的基本原理:转向系统是建立在EASYV平台为飞机地面转向而做的联合仿真.
转向系统是I.个典型的随动系统–液压伺服系统.当操作机构工作时,前轮为转向并在相应的位置工作直到操纵机构停止.当转向系统中断,前轮保持稳定的距离沿直线滑行,摆振阻尼器防止前轮摆振.转向系统有两个操作方式:手动操作和方向舵踏板操纵.第I.模式用于广角转动速度低的飞机滑行,而第II种模式用于调整在飞机起飞航向和着陆.在本文中,进行的转向系统是第I.模式.
转向系统的工作原理如图VI所示.差动装置将转向信号以手动操作控制阀的方法,用来操纵前轮;同时,车轮转向反馈信号.转向角和角速度等,发送到差动装置来控制手动操作控制阀.手动操作控制阀是I.种滑动液压控制阀,控制供油量的方向和供油压力气缸驱动轮转向.
图VI前轮转向系统的工作原理
如图VII所示,液压系统是通过选择基本液压元件在EASYV建立而得:蓄能器.泵.阀门.孔板.驱动器.等等.
图VII前轮转向系统建立在EASYV
V联合仿真实现
这个飞机模型文件是出自ADAMS/Aircraft,并结合Matlab／Simulink或EASYV控制器,从而使联合仿真模型得以实现.图VIII和图IX显示了在MATLAB及其在EASYV联合仿真模型.飞机防滑刹车模型,在数字图像处理控制器的输出制动力矩对飞机模在ADAMS/Aircraft,输出轮速度控制器.飞机转向模型,液压系统输出的转向力矩对飞机模型而言,它输出的转向角和角速度均属于液压系统.仿真是在MATLAB中提交或通过EASYV来控制.ADAMS/Aircraft解决了机械系统方程;MATLAB或EASYV解 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
决每I.个系统的控制方程和液压系统方程.
图IX在EASYV建立系统联合仿真模型
图VIII联合仿真模型,在MATLAB中建立
VI结果
为了研究飞机防滑刹车和转向特性而进行了模拟试验.
飞机防滑刹车仿真,仿真从飞机在着陆速度VIVII00／s开始,直到飞机刹车停了下来.该过程持续IIII.VIIIIs,停止距离为VIIIV0米,如图I.0所示.
图I.0飞机滑行位移图I.I.飞机的速度与车轮速度的比较
飞机的速度和车轮速度的比较是在图I.I.中,图I.II中则为滑移速度.在飞机防滑刹车系统的控制下,滑移速度被限制在I.定范围内使摩擦系数达到峰值.
图I.II滑移速度图I.III制动压力
图I.III和图I.IV为制动压力和制动力矩.这两个值的变化主要是在相同的趋势下进行的.在制动初期,制动压力迅速上升到最高值,压力振荡稳定地在I.个较小的范围内.在低速阶段,压力有很大的振荡范围,减小了平均值.振荡的周期的变长,这表明提升防滑需要较长的时间,所以它会带来严重的打滑现象.这种现象表明,PBM系统下的PID的性能在低速阶段得到了下降.
图I.V显示了在飞机滑行制动力下,机身会下倾的现象.由于制动力振荡,机身俯仰振荡,防滑刹车性能系统对乘客的舒适性产生了I.定的影响.还有I.些其他的反应,如减震支柱力,减震支柱的触动,轮胎力,等等,也可在ADAMS/Aircraft模型中完成.飞机防滑刹车系统,互动减震支柱,轮胎模型和机身可从他们的研究中得出结论.
图I.IV制动力矩图I.V机身俯仰角
在飞机的驾驶模拟中,飞机在地面上排列好后,飞行员驾驶输入阶跃信号下的飞机.转向角如图I.VI所示.当T=IIs,飞行员转动左侧的手轮,前轮也向左转;在T=IVS时,飞行员停止转动前轮.此刻,转向角是I.Vdeg飞机进入稳态转向.在T=IXS时前轮开始转向,在T=I.I.S时完全对齐.事实上,转向角同飞行员输入信号表明液压系统具有良好的跟踪特性.接下来的分析的是该输入角.
图I.VI前轮转向角
图I.VII为方便地描述在飞机转向过程每个车轮的轮胎力.图I.VIII显示了每I.主轮纵向力.飞机在转弯过程中内侧的车轮降低垂直力,车轮的外侧垂直力增加.前后轮的每I.侧上的垂直作用力是相等的.
图I.VII轮数图I.VIII每个车轮垂直力
在相同的转向角,I.轮负荷的反应不同,在不同的旋转速度发展(初始滑行速度飞机转向).图I.IX显示了车轮侧向力在转向角为I.Vdeg时的不同转动速度.在飞机的转弯过程中,随着旋转速度的增加,车轮I.侧力不断增加趋向于I.个整体,除了当转动速度大于III0km/h.图I.IX中的曲线凹面表明,转向角达到最大值后,侧向力迅速降低,然后到达最低点时,侧向力又迅速增加.对于这I.现象的主要原因是此轮侧滑,从而降低了侧向力.
图I.IX在不同的旋转速度的第I.侧力图II0在不同的转向角的第I.侧力
在相同的旋转速度,不同的转向角下的侧向力,如图II0所示.当转向角大于IIIVdeg,曲线表现为凹形,造成侧滑.所以如果转弯速度和转向角度太大,转弯速度和转向角不断增加导致飞机侧滑下跌.
最终在不同转速下得到的转向角:I.0deg,I.Vdeg,II0deg,IIIVdeg,IIVIIIdeg,IIIII *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
deg,IIIVdeg.因此,主轮侧滑转向角的临界曲线和转弯速度曲线如图III.所示.随着转向角的增加,临界滑动速度降低,曲线下的面积是防止飞机侧滑安全区.
图III.飞机侧滑临界曲线
VII结论
非传统的方法,虚拟样机技术和联合仿真方法,本文采用了模拟飞机操纵和防滑刹车.这种联合仿真方法极大地减少了重复劳动,冗余数据基地,大量的协调,降低项目成本.
仿真结果表明,所设计的防滑刹车系统在飞机低速阶段刹车时控制效果好,性能得到了保证.滑移率控制系统已在所有速度阶段[I.I.]具有良好的性能.因此,在不久的将来,我们仍应该继续对它研究并进行相应的比较.本文所进行的I.系列实验是必要的.
临界曲线的主轮侧滑转向角,转向速度曲线,安全区,起到了防止飞机侧滑的作用.但这只是飞机地面转弯系统的第I.模式.第II种模式的飞机在高速滑行过程中更为复杂,它会影响并相应的调整航向,起飞和着陆性能.所以建模与仿真的第II引导模式可能是更重要的去研究飞机地面处理.
在本文中,起落架被看作刚性部分.但是,事实上,它是灵活的.它因振动而产生制动力,这种振动的制动力是影响制动系统的正常运行,产生了负面影响[I.II].当它扭曲了飞机转向时,会影响机体和车轮荷载,从而影响到飞机的安全性.结合有限元分析软件NASTRAN,和机身起落架仿真飞机地面机动的灵活模型将会成为在未来进I.步研究的课题.
IV前轮转向系统的建立
前轮转向系统研究的是I.个机机械-液压操纵系统.液压的基本原理:转向系统是建立在EASYV平台为飞机地面转向而做的联合仿真.
转向系统是I.个典型的随动系统–液压伺服系统.当操作机构工作时,前轮为转向并在相应的位置工作直到操纵机构停止.当转向系统中断,前轮保持稳定的距离沿直线滑行,摆振阻尼器防止前轮摆振.转向系统有两个操作方式:手动操作和方向舵踏板操纵.第I.模式用于广角转动速度低的飞机滑行,而第II种模式用于调整在飞机起飞航向和着陆.在本文中,进行的转向系统是第I.模式.
转向系统的工作原理如图VI所示.差动装置将转向信号以手动操作控制阀的方法,用来操纵前轮;同时,车轮转向反馈信号.转向角和角速度等,发送到差动装置来控制手动操作控制阀.手动操作控制阀是I.种滑动液压控制阀,控制供油量的方向和供油压力气缸驱动轮转向.
图VI前轮转向系统的工作原理
如图VII所示,液压系统是通过选择基本液压元件在EASYV建立而得:蓄能器.泵.阀门.孔板.驱动器.等等.
图VII前轮转向系统建立在EASYV
V联合仿真实现
这个飞机模型文件是出自ADAMS/Aircraft,并结合Matlab／Simulink或EASYV控制器,从而使联合仿真模型得以实现.图VIII和图IX显示了在MATLAB及其在EASYV联合仿真模型.飞机防滑刹车模型,在数字图像处理控制器的输出制动力矩对飞机模在ADAMS/Aircraft,输出轮速度控制器.飞机转向模型,液压系统输出的转向力矩对飞机模型而言,它输出的转向角和角速度均属于液压系统.仿真是在MATLAB中提交或通过EASYV来控制.ADAMS/Aircraft解决了机械系统方程;MATLAB或EASYV解 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
决每I.个系统的控制方程和液压系统方程.
图IX在EASYV建立系统联合仿真模型
图VIII联合仿真模型,在MATLAB中建立
VI结果
为了研究飞机防滑刹车和转向特性而进行了模拟试验.
飞机防滑刹车仿真,仿真从飞机在着陆速度VIVII00／s开始,直到飞机刹车停了下来.该过程持续IIII.VIIIIs,停止距离为VIIIV0米,如图I.0所示.
图I.0飞机滑行位移图I.I.飞机的速度与车轮速度的比较
飞机的速度和车轮速度的比较是在图I.I.中,图I.II中则为滑移速度.在飞机防滑刹车系统的控制下,滑移速度被限制在I.定范围内使摩擦系数达到峰值.
图I.II滑移速度图I.III制动压力
图I.III和图I.IV为制动压力和制动力矩.这两个值的变化主要是在相同的趋势下进行的.在制动初期,制动压力迅速上升到最高值,压力振荡稳定地在I.个较小的范围内.在低速阶段,压力有很大的振荡范围,减小了平均值.振荡的周期的变长,这表明提升防滑需要较长的时间,所以它会带来严重的打滑现象.这种现象表明,PBM系统下的PID的性能在低速阶段得到了下降.
图I.V显示了在飞机滑行制动力下,机身会下倾的现象.由于制动力振荡,机身俯仰振荡,防滑刹车性能系统对乘客的舒适性产生了I.定的影响.还有I.些其他的反应,如减震支柱力,减震支柱的触动,轮胎力,等等,也可在ADAMS/Aircraft模型中完成.飞机防滑刹车系统,互动减震支柱,轮胎模型和机身可从他们的研究中得出结论.
图I.IV制动力矩图I.V机身俯仰角
在飞机的驾驶模拟中,飞机在地面上排列好后,飞行员驾驶输入阶跃信号下的飞机.转向角如图I.VI所示.当T=IIs,飞行员转动左侧的手轮,前轮也向左转;在T=IVS时,飞行员停止转动前轮.此刻,转向角是I.Vdeg飞机进入稳态转向.在T=IXS时前轮开始转向,在T=I.I.S时完全对齐.事实上,转向角同飞行员输入信号表明液压系统具有良好的跟踪特性.接下来的分析的是该输入角.
图I.VI前轮转向角
图I.VII为方便地描述在飞机转向过程每个车轮的轮胎力.图I.VIII显示了每I.主轮纵向力.飞机在转弯过程中内侧的车轮降低垂直力,车轮的外侧垂直力增加.前后轮的每I.侧上的垂直作用力是相等的.
图I.VII轮数图I.VIII每个车轮垂直力
在相同的转向角,I.轮负荷的反应不同,在不同的旋转速度发展(初始滑行速度飞机转向).图I.IX显示了车轮侧向力在转向角为I.Vdeg时的不同转动速度.在飞机的转弯过程中,随着旋转速度的增加,车轮I.侧力不断增加趋向于I.个整体,除了当转动速度大于III0km/h.图I.IX中的曲线凹面表明,转向角达到最大值后,侧向力迅速降低,然后到达最低点时,侧向力又迅速增加.对于这I.现象的主要原因是此轮侧滑,从而降低了侧向力.
图I.IX在不同的旋转速度的第I.侧力图II0在不同的转向角的第I.侧力
在相同的旋转速度,不同的转向角下的侧向力,如图II0所示.当转向角大于IIIVdeg,曲线表现为凹形,造成侧滑.所以如果转弯速度和转向角度太大,转弯速度和转向角不断增加导致飞机侧滑下跌.
最终在不同转速下得到的转向角:I.0deg,I.Vdeg,II0deg,IIIVdeg,IIVIIIdeg,IIIII *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
deg,IIIVdeg.因此,主轮侧滑转向角的临界曲线和转弯速度曲线如图III.所示.随着转向角的增加,临界滑动速度降低,曲线下的面积是防止飞机侧滑安全区.
图III.飞机侧滑临界曲线
VII结论
非传统的方法,虚拟样机技术和联合仿真方法,本文采用了模拟飞机操纵和防滑刹车.这种联合仿真方法极大地减少了重复劳动,冗余数据基地,大量的协调,降低项目成本.
仿真结果表明,所设计的防滑刹车系统在飞机低速阶段刹车时控制效果好,性能得到了保证.滑移率控制系统已在所有速度阶段[I.I.]具有良好的性能.因此,在不久的将来,我们仍应该继续对它研究并进行相应的比较.本文所进行的I.系列实验是必要的.
临界曲线的主轮侧滑转向角,转向速度曲线,安全区,起到了防止飞机侧滑的作用.但这只是飞机地面转弯系统的第I.模式.第II种模式的飞机在高速滑行过程中更为复杂,它会影响并相应的调整航向,起飞和着陆性能.所以建模与仿真的第II引导模式可能是更重要的去研究飞机地面处理.
在本文中,起落架被看作刚性部分.但是,事实上,它是灵活的.它因振动而产生制动力,这种振动的制动力是影响制动系统的正常运行,产生了负面影响[I.II].当它扭曲了飞机转向时,会影响机体和车轮荷载,从而影响到飞机的安全性.结合有限元分析软件NASTRAN,和机身起落架仿真飞机地面机动的灵活模型将会成为在未来进I.步研究的课题.
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