机场污染跑道飞机轮胎的溅水问题

飞机在有积水、融雪的跑道起降时,由轮胎滑跑所产生的溅水有可能影响飞机的滑跑性能与安全。因此,积水跑道上的滑跑溅水试验是民航飞机适航审定的一个重要科目。在有限元软件LS-DYNA中对飞机轮胎溅水进行模拟,对于水粒子的模拟采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法。针对某一具体轮胎参数首先进行了工程估算分析,接着建立了飞机轮胎的溅水分析模型,并对模型有效性进行了验证,进而分析了多种因素对轮胎溅水形态分布的影响。通过工程估算和数值计算结果的比较,发现存在临界的飞机滑跑速度,当飞机滑跑速度处于该临界值时,侧视溅水角度达到最大值。并在数值模拟中给出了不同位置溅水量相对大小的统计方法并指出轮胎翻边对溅水有显著的影响。     

机轮溅水特性及对进气道吸水的影响

当飞机在积水跑道上起飞着陆滑跑时,由于起落架机轮溅水引起的进气道吸水问题是非常复杂的。提出了分析机轮溅水轨迹形态及对进气道影响的两种方法:类比法和数值模拟法。以机轮溅水的典型初始参数为输入,运用上述两种方法,对某国产运输机A的进气道吸水特性进行分析,为其适航符合性提供依据。分析结果表明:该飞机在研究范围内的各个典型溅水初始参数条件下,进气道均处于起落架机轮的溅水覆盖区域以外,符合适航条例相关要求;数值模拟结果给出了典型参数下机轮溅水被内侧短舱进气道吸入的临界条件:侧向溅水初始速度达到69m/s以上,同时垂向溅水初始速度至少达到40m/s以上。     

大型客机积水跑道起降附加阻力评估

在飞机整个飞行过程中,起降阶段尽管时间占比很小,却是飞行事故的多发阶段。近几年国内外污染跑道起降冲出和偏离跑道的事故和事故征候不断发生。发生此类事故的一个重要原因就与湿跑道和污染跑道有关。为了保证飞行运行的安全,应确定飞机在污染跑道上的飞行性能。飞机在污染跑道上起降时污染物产生的附加阻力,对飞机的起降性能有很大的影响。分析了积水污染跑道上轮胎溅水图型的形成机理,研究了附加阻力的计算评估方法。算例表明,积水跑道附加阻力与积水深度近似成线性正比关系,与飞机地面滑跑速度近似成平方正比关系。该方法的计算结果符合规律、量级合理,达到了工程应用要求。     

多轮多支柱起落架飞机操纵前轮转弯特性分析

在考虑机体弹性的前提下,采用Fiala轮胎理论,建立了多轮多支柱式起落架飞机全机动力学模型,进行飞机操纵前轮转弯分析。通过仿真,给出了典型前轮操纵角下,各轮胎上的径向及侧向载荷。并以轮胎出现侧滑为临界条件,研究了不同前轮操纵角下允许的飞机最大滑行速度,给出飞机操纵前轮转弯包线。最后研究了飞机180°转弯时重心及轮胎的运动轨迹,得出在保证操纵安全的前提下,飞机可在50 m宽的跑道上实现180°转弯。     

侧向风速对飞机尾流运动的影响

为了使机场雷达能实时探测和定位飞机尾流,对飞机飞行环境进行合理假设后提出了一个仿真尾流的保守被动模型,该模型能很好地描述尾流中水蒸气等物质的运动演化规律。综合考虑大气环境中风速对尾流的影响,利用该仿真模型对尾流进行了实时仿真,得到了不同侧向风速情况下,不同时刻尾流的状态分布等重要特性。通过分析侧向风速对飞机尾流运动过程的影响,证明了当侧向风速为1.0~3.0 m/s时是最危险的,所得结论可为飞机飞行过程中避免尾流的影响提供理论依据。     

跑道占用时间的影响因素分析与预测方法研究

针对最后进近阶段飞机距跑道入口较远时，跑道占用时间难以实现准确且实时的预测，提出了基于机器学习的跑道占用时间预测方法。面向空中交通管理，考虑3类共10项影响因素与跑道占用时间的关系；然后，基于对影响因素的分析，使用BP神经网络建立按照飞机尾流等级分类的跑道占用时间预测模型；通过对模型的调试和训练，对模型性能、影响因素显著性和不同距离时的预测结果展开了分析。研究表明，模型对跑道占用时间的估算平均绝对误差不超过2.5 s,均方根误差不超过3 s,判定系数均在0.85以上，可以很好地满足跑道占用时间的准确预测；影响因素偏差导致的估算误差随着飞机尾流等级的减小而增大；当飞机位于距跑道入口19 km时，估算误差为4.33 s,是预测跑道占用时间的较佳位置。     

基于马蹄涡模型的飞机尾流介电常数分布的快速建模方法

为便于研究飞机尾流电磁散射特性,提出了一种飞机尾流介电常数分布的快速建模方法。根据马蹄涡模型得到飞机尾流的诱导速度场,并利用Euler方程和等熵流方法求出了尾流的热力学参数分布,进而得到介电常数分布。同时,提供了一种将针对一种飞机计算出的结果外推到另一种飞机上的方法,避免了重复计算。该方法具有计算量小、涉及参数少的特点,是一种快速简便地模拟飞机尾流介电常数分布的方法。     

ARJ21飞机遭遇不同前机尾流的响应和安全性研究

为研究在实际飞行中国产ARJ21飞机遭遇前机尾流时受到的气动力、力矩及飞行安全问题，基于经典尾涡模型和空气动力学响应模型，对ARJ21飞机遭遇尾流的响应和安全性进行了分析。首先，通过尾涡耗散模型和速度模型，建立了不同前机尾涡速度场；然后，根据ARJ21飞机空气动力学响应模型进行求解，得到其升力和滚转力矩；最后，将计算结果与过载增量指标和滚转力矩系数指标进行比较，分析了国际民航组织(ICAO)规定的中型机尾流间隔下ARJ21飞机的飞行安全性。研究结果表明：当ARJ21飞机以ICAO规定的中型机尾流间隔遭遇尾流时，过载增量均小于0.15(即处于无颠簸状态),最大滚转力矩系数均小于0.048;当滚转力矩系数在0.048～0.070时，相比于ICAO规定的中型机尾流间隔，ARJ21飞机跟随中型机的尾流间隔可以缩减2.2～2.7 km,跟随重型机的尾流间隔可以缩减0.7～1.8 km,跟随超重型机的尾流间隔可以缩减2.4～3.4 km。     

民用飞机动力装置溅水试验适航验证方法

通过对民用飞机溅水形态进行分析,结合相关适航文件、咨询通告和工业标准,给出了溅水试验中试验速度和飞机构型的选择方法.分别从工程试验和适航验证试验方面,得到溅水试验最严酷状态下的飞机-发动机构型,并通过向适航审查方演示飞机-发动机组合在溅水状态下运行的安全性,给出了试验场地设置和试验通过判据的建议值.研究成果可供制定民用飞机动力装置溅水试验方案时参考.     

抗尾流干扰的自动着舰非线性控制研究

由于飞机与尾流模型的非线性,为实现自动精确着舰,探究了具有尾流抑制能力的非线性控制器设计方法.基于气流扰动影响的飞机六自由度非线性模型,利用非线性动态逆控制方法对各控制回路进行了设计,为抑制尾流扰动,提出了应用非线性观测器进行补偿的方法.仿真结果表明,具有非线性干扰观测器的控制器可以在4s内使飞机稳定在速度为52.04 m/s,并使航迹角保持在±0.5°变化范围内,最终的着舰侧向偏差为-0.13m.     

飞机轮胎爆破喷流模式下管路的强度计算方法

飞机起落架作为飞机唯一的支撑结构,是不可或缺的飞机部件,而轮胎作为飞机起落架的重要部件,在飞机起飞、降落到滑跑过程中承受着巨大的冲击力和摩擦力,从而可能导致轮胎爆破的事故发生,也可能引起轮胎的空气喷流效应,导致其空气喷流效应影响范围内的液压管路破坏。而液压管路的破坏将会导致飞机液压能源系统和与之相关联的液压设备非正常工作,进而威胁飞机的飞行安全。在进行喷流模式下的液压管路的强度计算时,由于该模式下轮胎爆破产生的喷流是瞬间的、巨大的,因此计算其喷流载荷是非常困难的。针对该模式下提出一种喷流载荷拟合方法,并将拟合后的载荷加载到管路的有限元模型中,从而计算出液压管路的强度,为轮胎爆破下喷流模式的液压管路计算提供了工程实用的方法。     

多轮飞机滑水保护

飞机以一定的速度在积水跑道上滑行时,因滑水导致飞机操纵性变差,甚至刹车失灵等现象。分析了滑水产生的机理,从跑道、轮胎、使用技巧、并着重从刹车控制系统角度介绍多轮飞机滑水保护措施,通过地面动力联试表明,刹车系统自身的滑水保护措施对于提高飞机的安全性起着至关重要的作用。     

基于SPH方法的飞机轮胎滑水仿真分析计算

轮胎滑水会导致轮胎与地面之间的摩擦力急剧减小,增加飞机起降距离,进而影响飞行安全,因而需要开展关于飞机轮胎滑水的研究。针对飞机轮胎滑水问题,采用FEM 方法建立简化轮胎模型并通过实验进行模型验证,采用SPH 方法建立积水模型,进而建立轮胎—积水—道面相互作用的轮胎滑水模型,分析不同影响因素和不同台面构型对轮胎滑水的影响。结果表明：水深越大,轮胎越容易发生滑水,但水深大于6 mm 之后,水深对轮胎滑水的影响较小;轮胎速度、胎压、轮载越大,越容易发生滑水;沟槽宽度增加,轮胎滑水速度提高,但稳定性会降低;轮胎磨损越严重,越容易发生滑水;沟槽数量越多,临界滑水速度越大。     

过冷大水滴动力学特性对结冰影响数值研究

对比常规水滴,过冷大水滴结冰对飞机气动性能和飞行安全具有更大的危害性。在常规水滴结冰过程数值模拟基础上,针对过冷大水滴条件下各种动力学特性及其对成冰过程的影响进行了数值研究。采用结构化网格和中心有限体积法求解 N-S 方程获得空气流场,用拉格朗日法求解水滴流场,基于改进的 Messinger 热力学模型完成结冰过程模拟;对于过冷大水滴,采用泰勒类比理论和水滴碰撞模型,对比分析了水滴动力学特性及其对结冰过程的影响;通过数值模拟获得了水滴 Langmuir D 分布的撞击特性及结冰计算结果,研究了水滴多尺度分布对成冰过程的影响规律。通过一些典型结冰算例的数值模拟,并与参考文献结果及实验数据的对比分析,说明了本文计算方法及计算模型模拟过冷大水滴结冰是可行和正确的。     

考虑几何限制的航向道模式设计

民机自动飞行系统在截获LOC信标切入跑道中心线时，由于空间几何限制导致较大超调，会对飞行安全产生不利影响。针对这一问题，设计了一种考虑几何限制的航向道模式。为了解决LOC线性区外信号不能用于自动飞行指令计算的问题，利用飞行管理系统的现有功能计算出飞机偏离跑道中心线的水平偏差；使用切入点位置和最大滚转角的几何限制作为机动判断条件，同时以进入线性区作为LOC模式的激活条件，使得飞机在达到几何限制时能提前机动。最后，通过仿真对比了采用三种不同LOC截获方法时飞机的响应，仿真结果表明所提出的方法能够有效解决因几何限制导致的LOC截获超调问题。     

一种用于飞机结冰的海绵冰模型及应用

基于两相流理论,采用欧拉法对飞机结冰进行数值模拟,在空气流场速度分布的基础上,求解水滴流场,得到水滴收集率和撞击极限.结果表明:欧拉法比拉格朗日法在计算水滴收集效率和撞击极限方面有优势,尤其是在较大的水滴平均等效直径情况下.对翼型的冰形和圆柱表面的温度预测数据和实验数据进行对比,圆柱冰形厚度误差在15.0%之内,计算结果与实验结果吻合较好,同时表明结冰模型是有效可行的.      

湿滑道面飞机轮胎临界滑水速度计算方法比较

以美国国家航空航天局(NASA)临界滑水速度计算公式为基础,基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法建立动流场冲击原地转动轮胎分析模型,并由NASA公式及试验数据验证了模型的正确性及NASA公式在重轴载高胎压范围的适用性。进而考虑实际道面积水状态,建立滚动轮胎冲击静流场模型,探讨实际积水状态对临界滑水速度的影响。通过两类模型对比分析得出:两类模型的轮胎-水膜相互作用机理不同,相同速度和胎压下,后者在轮胎前缘形成的动水压强峰值明显高于前者,表明滚动轮胎冲击静流场模型中轮胎受到动水压强抬升作用更为显著,且相同速度条件下,滚动轮胎冲击静流场分析模型计算的竖向支撑力和临界滑水速度始终低于动流场冲击滚动轮胎的结果,表明该模型计算结果偏于安全,更适用于飞机高速滑行中轮胎-水膜相互作用分析。据此,提出了基于道面积水状态的临界滑水速度计算公式。     

地面涡研究

 The formation mechanism and the flow characteristics of the ground vortices as well as the method of eliminating ground vortices are studied in this paper. It is noted that, when air is sucked into an aircraft engine, on the ground a momentum moment is exerted on a point sink flow by a lateral wind or a reversed jet from the tail pipe, resulting in the formation of eddy stream known as ground vortices. Through an analysis of numerous experimental data it is found that the ground vortices are composed of two vortices instead of a single and concentrated free vortex.The tangitial velocity distribution curves of the ground vortex can be expressed as two independent functions: one is a directly proportional function located at the core, and the other is an inversely proportional function around the outer surrounding. The pressure distribution is also composed of two parabolic functions.In addition, a method of eliminating the ground vortices is presented, and it is of important engineering significance to eliminate the ground vortices.     

内压作用下的航空轮胎爆破碎片动力响应

航空轮胎爆破时受内压释放的影响,爆破碎片的速度会有明显增加,而非与适航标准规定的与轮胎降落时的胎速相同。利用Fluent中用户自定义函数编写动力响应程序,采用动网格和用户自定义函数相结合的方法,展开内压释放作用下的轮胎爆破碎片速度动力响应特性的数值模拟研究。假设轮胎爆破失效是存在先前缺陷造成的,将碎片受冲击后的动态过程分解为内压释放冲击加速阶段和以一定初速度在空气阻力下减速运动两个阶段,提出仅考虑碎片两侧实时压力差作为动力源的简化物理爆破模型,来分析碎片的速度受内压作用的响应和整个流场压力以及速度变化情况,弥补了数学模型未考虑内外压平衡过程的不足,为预测轮胎爆破后碎片获得能量和爆破气流能量等提供数值参考,以便提出相应的安全防范措施。