与机型相关的机场道面相对平整度分析理论研究

发布时间：2017-10-25 23:06

  本文关键词：与机型相关的机场道面相对平整度分析理论研究

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【摘要】：道面是机场中最重要的基础设施,其好坏与否直接影响着一个机场的服务水平。为了保证运行期间的航运安全,必须定期对机场道面进行评估,以确定其相关功能是否能够继续满足使用要求。在机场道面评价中,道面平整度的检测及评估是必须要进行的一项内容,这是由于平整度是表征道面质量高低的最重要指标之一。平整度较差的道面会引起机身剧烈振动,从而影响乘坐的舒适、货物的完好;加剧飞机机械机构的磨损,引起飞机结构疲劳,增加航油消耗;另外飞机的附加振动会加大对道面的冲击作用从而缩减道面的适航服务年限。目前采用的平整度评价体系用来检测、评价公路平整度尚可,但当用于机场道面平整度的检测及评估时却存在着原理上的缺陷,表现为:所依据的1/4车模型只能代表一条测线的平整度情况,但民航飞机由于几何尺度较大,其颠簸效应取决于所有起落架机轮下道面的起伏情况,与单条测线的平整度相关性很差,故其无法衡量所有机轮下道面不平整情况所产生的耦合效果。而根据飞机起落架特点建立其全尺寸模型,通过求解振动方程,利用所有机轮下道面不平整情况所产生的耦合效果来评价道面平整度为解决上述问题提供了新途径。但目前国内外对该技术的研究尚处于概念阶段。本文旨在研究基于全尺寸飞机振动方程的机场道面平整度评价系统,主要开展了如下工作:第一,基于目前民航领域使用频率较高机型-波音737-800起落架特点和飞机尺寸特征,建立了飞机全尺寸振动模型,以此为基础推导出飞机在道面上滑行时的三自由度振动微分方程,探讨并确定了上述振动方程标准参数的选取。第二,通过研究机场道面不平度特性,探究道面高程随机分布规律,在MATLAB环境中使用谐波叠加的方法构建了等级不同的机场道面。以SIMULINK为平台,构建了道面平整度评价系统的第一个子系统-道面激励输入子系统。为了求解飞机的三自由度振动微分方程,在SIMULINK平台中编制了飞机振动处理子系统,得到了飞机的振动响应:质心处竖向位移量、纵向俯仰量以及横向滚转量。第三,从飞机在不平整道面上滑行时产生的三个振动响应量出发,为客观反映道面不平整程度并考虑到量纲协调,提出全尺寸飞机平整度指数FARI(Full Size Aircraft Roughness Index)的概念,即将纵向俯仰角度φ乘以飞机模型质心到前起落架的距离a、飞机滚转角?乘以主起落架间距的一半l,令单位滑行距离内机身三项竖向位移量绝对值的叠加作为机场道面平整度评价指标。然后利用SIMULINK相关功能模块构建了FARI指标求解系统。第四,将振动处理子系统、道面激励输入子系统以及FARI指标求解子系统整合,得到机场道面平整度评价系统。利用该系统,将道面中线、左右主轮迹带断面高程作为基本输入,即可得到机场道面平整度指标FARI的分布情况。通过分别分析FARI、IRI与飞机振动响应-加权加速度均方根值aw的相关性,发现FARI与aw的相关系数为0.9806,IRI与aw的相关系数为0.8276,说明用FARI对道面进行平整度评价更客观、更科学。在此基础上,依据加权加速度均方根值aw与行车舒适性的关系提出了基于FARI的道面等级划分标准,并给出了评价流程。本论文不但完成了所提理念的相关理论研究,还开发了实现理念所需要的软件系统,如能找到合适渠道将该方法推向实用,机场道面平整度评价理论中存在问题的现状将得到较大的改观。
【关键词】：机场道面 三自由度飞机模型 SIMULINK建模 整机平整度指数 平整度评价系统
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V351.11
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.1.1 平整度的定义12
• 1.1.2 平整度的重要性12-13
• 1.2 国内外研究现状13-23
• 1.2.1 平整度研究发展历史13-14
• 1.2.2 平整度检测仪器14-18
• 1.2.3 平整度评价指标18-22
• 1.2.4 IRI与其它平整度评价指标之间的关系22
• 1.2.5 IRI用作机场道面平整度评价的适用性分析22-23
• 1.3 研究内容及研究目标23-25
• 第二章 飞机振动方程的建立及求解25-35
• 2.1 建立三自由度飞机模型26-27
• 2.2 建立飞机振动方程并求解27-31
• 2.3 选取标准参数31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 道面激励的建立及飞机振动响应的求解35-56
• 3.1 道面不平度的理论分析36-39
• 3.2 利用MATLAB构建道面高程激励39-43
• 3.2.1 MATLAB软件简介39-40
• 3.2.2 构建道面高程激励40-43
• 3.3 建立道面激励输入模块43-47
• 3.3.1 SIMULINK简介43-44
• 3.3.2 构建激励输入子系统44-47
• 3.4 建立飞机振动响应量求解系统47-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 评价指标及其求解系统的构建56-63
• 4.1 指标FARI的提出56-57
• 4.2 构建指标求解系统57-60
• 4.3 求解FARI60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 平整度评价系统的构建及评价指标分析63-70
• 5.1 构建平整度评价系统63-64
• 5.2 FARI和IRI与aw相关性的比较64-67
• 5.3 FARI的等级划分67-68
• 5.4 道面平整度评价步骤68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 结论及展望70-73
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-78
• 附录78-80
• 作者简介80

【参考文献】

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本文编号：1095900