多因素激励下机轮滑水行为研究

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飞机着陆滑跑阶段的安全性是机场安全运行的重点之一,而湿滑道面又是引发安全事故的主要诱因。由于航空领域的特殊性,难以开展现场试验,数值模拟便成为了解决问题关键的有力手段。本文基于欧拉-拉格朗日(CEL)算法模拟机轮-水膜-道面间的流固耦合问题,针对道面粗糙度、速度、滑移率、水膜厚度、轮组形式等因素开展研究,提取道面支撑力、动水压力、结合系数、水迹分布、临界滑水速度等特征指标来分析各因素的影响关系,以解析在湿滑条件下的机轮滑水行为,为湿滑条件下飞机的降落安全性提供参考依据。
  采用AutoCAD-Hypermesh-Abaqus多软件联合的方式建立模型,通过试算及引用确定轮胎材料参数、水液参数、水膜模型尺寸等模型参数。利用关键字段实现轮胎的滚动和滑水模拟。通过激光扫描的方式引入道面的真实纹理进而表征实际条件下机轮与道面间的摩擦作用。将扫描后的道面数据模型化,组成机轮-真实纹理道面仿真模型并做干燥时的轮胎滚动分析,进而反算出其遵循的摩擦模型,以实现更加真实的机轮滑跑模拟。采用水流模型模拟积水条件下的机轮滑水行为。
  湿滑条件下飞机的着陆滑水行为不仅与自身的制动系统有关,还与速度、滑移率、积水厚度、道面类型、轮组形式等因素有关,其中每一项指标都会反映在机轮与道面的摩擦性能上,进而影响飞机着陆的安全性。仿真模拟的目的在于探索各影响因素对机轮滑水行为的作用规律,进而帮助提高飞机着陆的安全性。
  在机轮滑水行为的仿真模拟中,以机轮-道面的结合系数(轮胎与地面间的相对滑动产生的摩擦力在制动系统中叫作结合力,结合力与地面对轮胎的支持力的比值称为结合系数)表征机轮的滑水行为,分析速度、滑移率、水膜厚度、道面类型、轮组形式对滑水行为的影响。结果表明,在A320型飞机着陆制动的过程中,动水压力逐渐减小、道面支撑力逐渐增大,飞机可能发生滑飘的危险区段为刚刚着陆时的阶段。飞机着陆时的速度越高,道面的结合系数越小。随着滑移率的增加,道面的结合系数呈先增大后减小的趋势,当滑移率为0.1~0.2时,道面的结合系数可维持在较高的水平。道面上的水膜厚度小于3mm时不会发生滑漂、水膜厚度大于10mm值则可能发生滑漂;水膜厚度为7mm时道面的结合系数不超过干燥条件下的50%,飞机制动距离可达干燥条件下的2倍,临界滑水速度为217km/h(单机轮模型)。干燥条件下的滑跑结果显示各道面类型的抗滑性能排序为SMA>OGFC>AC>平滑道面。单轴双轮组的模型结果显示双轮组形式相比单机轮形式会小幅改善机轮滑水的稳定性。
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