一种测量飞机轮胎与跑道间最大刹车摩擦系数的方法与流程

本发明属于结构动力学领域，具体涉及一种测量飞机轮胎与跑道间最大刹车摩擦系数的方法。

背景技术：

飞机在滑跑或降落时，一旦遇到紧急状况，驾驶员就会采用最大刹车力使飞机减速直至飞机停止，在这个过程中，轮胎快速减速，并在飞机重量的作用下，和地面之间产生很大的摩擦力，从而使飞机起落架和机体连接部位产生很大的力和力矩，严重情况下，可能会造成起落架或连接结构的破坏，给飞机正常飞行带来潜在隐患。

轮胎与地面的最大刹车摩擦力与飞机重量和他们之间的摩擦系数有关，而飞机重量可以很方便的求出，因此，计算最大刹车摩擦力的关键就是确定他们之间在最大刹车过程中的摩擦系数，但目前国内还缺少有效的测量方法，在设计初期大都借用了经验值，如果在飞机试飞过程中不进行验证，就会使飞机设计存在一定的技术风险。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种测量飞机轮胎与跑道间最大刹车摩擦系数的方法，包括：

S1、将飞机发动机的油门固定至某一位置，使飞机滑行，获取飞机的重心加速度a₀；

S2、使用最大刹车压力踩刹车使飞机减速，获取飞机重心的最大航向加速度a_max；

S3、根据以下公式计算最大刹车摩擦系数μ_max相对滚动摩擦系数μ的增量Δμ：

其中，g为重力加速度；

S4、获取滚动摩擦系数μ，从而确定最大刹车摩擦系数μ_max。

优选的是，根据步骤S1-S4，多次求取最大刹车摩擦系数，并取最大值作为最终的最大刹车摩擦系数μ_max。

上述方案中优选的是，所述飞机发动机推力与飞机的气动阻力的合力为F，则所述步骤S3由以下公式导出：

F-μMg＝Ma₀

F-μ_maxMg＝Ma_max

其中，M为飞机重量，Δμ＝μ_max-μ。

上述方案中优选的是，所述飞机滑行时速度不高于40m/s。当飞机速度很小时，可忽略飞机气动阻力的变化，故上述两式中发动机推力与飞机气动阻力的合力均可以用F来表示。

通过该方法计算飞机轮胎与跑道间的最大刹车摩擦系数，实施简单，不需要额外的测试设备、人员等辅助条件，只需借助飞机上的飞机记录仪，即可测试得到飞机轮胎与跑道间的最大刹车摩擦系数，是设计、校核飞机起落架及机体连接强度的重要数据之一，对工程设计具有重要意义。

附图说明

图1为本发明测量飞机轮胎与跑道间最大刹车摩擦系数的方法的一优选实施例的流程图。

图2为本发明图1所示实施例的飞机最大刹车状态时的航向速度变化曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种测量飞机轮胎与跑道间最大刹车摩擦系数的方法，主要包括以下步骤：

S1、将飞机发动机的油门固定至某一位置，使飞机滑行，获取飞机的重心加速度a₀；

S2、使用最大刹车压力踩刹车使飞机减速，获取飞机重心的最大航向加速度a_max；

S3、根据以下公式计算最大刹车摩擦系数μ_max相对滚动摩擦系数μ的增量Δμ：

其中，g为重力加速度；

S4、获取滚动摩擦系数μ，从而确定最大刹车摩擦系数μ_max。

可以理解的是，根据步骤S1-S4，可以多次求取最大刹车摩擦系数，并取最大值作为最终的最大刹车摩擦系数μ_max。

本实施例中，所述飞机发动机推力与飞机的气动阻力的合力为F，则所述步骤S3由以下公式导出：

F-μMg＝Ma₀……………………………………(1)

F-μ_maxMg＝Ma_max………………………………(2)

其中，M为飞机重量，Δμ＝μ_max-μ，公式(1)-(2)，可得最大刹车摩擦系数μ_max相对滚动摩擦系数μ的增量关系式如下：

令

因此，测试得到最大刹车摩擦系数μ_max相对滚动摩擦系数μ的增量Δμ后，即可按下式快速的计算出最大刹车摩擦系数：

μ_max＝μ+Δμ………………………………(4)

其中，滚动摩擦系数μ可按常规方法测量得到。

本实施例中，所述飞机滑行时速度不高于40m/s。当飞机速度很小时，可忽略飞机气动阻力的变化，故上述(1)、(2)两式中发动机推力与飞机气动阻力的合力均可以用F来表示。

为了测试得到某大型运输机轮胎与跑道间的最大刹车摩擦系数，首先需要测量飞机在最大刹车前后的飞机航向重心加速度，具体要求及实施过程如下：

参考图2，图2给出了飞机最大刹车状态时的航向速度变化曲线示意图，在飞机正常滑行速度为40m/s左右时，收油门至慢车状态，使用正常最大刹车使飞机减速，直到飞机停止，通过飞参记录仪记录的飞机航向速度变化计算公式(3)中的a₀和a_max。

图2给出了驾驶员在飞机两次不同的速度下先后进行了两次最大刹车，两次刹车前的加速度都较小，但在驾驶员踩刹车后，其加速度就非常大，但量值基本保持不变，因此，可按速度变化点计算不同时刻的瞬态加速度值。

根据飞机第一次刹车前、后的航向速度变化，可以算出飞机刹车前的航向加速度a₀为0.136m/s²，最大刹车过程的加速度a_max为-4.679m/s²，因此，根据公式(3)，最大刹车摩擦系数μ_max相对滚动摩擦系数μ的增量

飞机轮胎与跑道间的滚动摩擦系数为0.006，因此，根据公式(4)，最大刹车摩擦系数：

μ_max＝μ+Δμ＝0.006+0.491＝0.497

根据飞机第二次刹车前、后的航向速度变化，可以算出飞机刹车前的航向加速度a₀为0.203m/s²，最大刹车过程的加速度a_max为-4.748m/s²，因此，根据公式(3)，最大刹车摩擦系数μ_max相对滚动摩擦系数μ的增量

根据公式(4)，最大刹车摩擦系数：

μ_max＝μ+Δμ＝0.006+0.505＝0.511

选取两次计算结果中的最大值，可知，轮胎与跑道间的最大刹车摩擦系数为0.511。

本发明测量飞机轮胎与跑道间最大刹车摩擦系数的方法具有以下技术要点：

a)基于牛顿第二定律，建立了飞机轮胎与跑道间最大刹车摩擦系数相对滚动摩擦系数的增量与飞机重心航向加速度之间的关系；

b)飞机在慢车状态滑行稳定后，驾驶员踩最大刹车滑行；

c)通过机载飞参记录仪或其它测试仪器的数据记录功能，获取飞机重心航向速度或加速度时间历程；

d)飞机发动机对称布置、对称开车。

通过该方法计算飞机轮胎与跑道间的最大刹车摩擦系数，实施简单，不需要额外的测试设备、人员等辅助条件，只需借助飞机上的飞机记录仪，即可测试得到飞机轮胎与跑道间的最大刹车摩擦系数，是设计、校核飞机起落架及机体连接强度的重要数据之一，对工程设计具有重要意义。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。