机场跑道全波段不平整测试方法

结合车载式激光断面仪与全球导航卫星移动定位系统，提出了一种机场跑道全波段不平整测试方法；在济南遥墙国际机场进行了现场测试，采用重复试验与水准仪对该测试方法进行了可靠性验证；利用ADAMS/Aircraft软件建立了B737-800虚拟样机模型，进行了实测跑道不平整数据下的飞机滑跑仿真，探究了不同检测方法、滑跑速度、飞机位置下实测道面数据特征对飞机振动响应的影响。研究结果表明:所提出的测试方法可获得道面全波段不平整数据，弥补了激光断面仪难以捕获14 m以上波长的缺陷；当速度为80 km·h-1时，全波段不平整道面下飞机振动响应波动幅值分别为长波不平整和短波不平整下的1.25~2.39倍和1.19~1.85倍，说明仅考虑道面长波或短波不平整将低估飞机在实际不平整条件下的振动响应；随着飞机滑跑速度的增大，全波段不平整与短波不平整条件下的飞机振动加速度差别逐渐增大，而动载系数差值则呈现先增大后减小的趋势，在速度为160 km·h-1时达到最大，说明飞机在高速滑行中道面长波不平整的影响更为明显；全波段不平整相比短波不平整条件下驾驶舱加速度增幅平均比重心处大0.062 m·s-2，前起落架动载系数增幅比主起落架平均大0.039，表明长波不平整对飞机前部振动的影响比重心处大，且随着滑行速度增大，这一差值先增大后减小，加速度的差值在80~120 km·h-1时最明显，峰值约为0.078 m·s-2，而动载系数的差值在160 km·h-1达到0.062的峰值。      

湿滑道面飞机轮胎临界滑水速度数值仿真

采用ABAQUS建立了基于CEL算法的飞机轮胎与积水道面流固耦合分析模型,推导了轮胎接触面动水压强与道面竖向支撑力表达式,对比了飞机起飞与着陆过程中的滑行状态,提出了临界滑水速度的上下限解概念,校核了轮胎模型静态变形与动态滑水特征,研究了胎压、胎纹与水膜厚度的影响规律,分析了轮胎接地面积与动水压强分布。仿真结果表明:在76.6kN轴载作用下,轮胎模型接地面积为0.076m2,轮胎中心竖向变形约为3.27cm,轮胎临界滑水速度为128.5~222.4km·h~(-1),与NASA轮胎滑水试验数据一致,验证了仿真模型的合理性和适用性;在胎压为1 140kPa时,减速冲击条件下飞机轮胎临界滑水速度为163km·h~(-1),小于加速冲击时的上限226km·h~(-1),轮胎接地面积明显减小,道面支撑力低于机轮轴载的10%;在450~1 109kPa胎压范围内,减速冲击时临界滑水速度下限较NASA经验公式计算结果更为保守,两者相差30~70km·h~(-1);轮胎纵向沟槽排水可降低轮胎前缘动水压强峰值,增大轮胎接地面积,减速冲击时带纹轮胎临界滑水速度较光滑轮胎提高了26.9%~28.8%,增幅约为加速冲击时的2倍;当道面水膜厚度由3mm增加至13mm时,胎压为1 140kPa的飞机轮胎临界滑水速度上下限分别降低了85km·h~(-1)和43km·h~(-1);在低胎压、厚水膜与减速冲击条件下,临界滑水速度下限仅为127km·h~(-1),低于常见飞机进近接地速度205~250km·h~(-1),因此,滑水事故风险增加。     

基于冲突回避的动态滑行路径算法

为解决机场场面航空器滑行路径分配问题,在时间依赖最短路径算法的基础上,提出了基于冲突回避的动态滑行路径分配算法.根据机场场面交通的实际情况,定义了3种不同类型的滑行冲突以及航空器的滑行优先级.给出了在不同类型冲突和不同滑行优先级情况下的滑行道时间延误函数.仿真实验表明,当跑道运行飞机达到32架次/h时,与固定路径相比,动态路径运行的航空器平均滑行时间减少了3 min/架次,航班延误减少了3.5 min/架次.     

非标准快速出口滑行道平面设计方法研究

为解决机场平行滑行道与跑道水平间距不符合标准快速出口滑行道设计要求问题,提出非标准快速出口滑行道设计方法。首先将非标准快速出口滑行道的设计由跑道向平滑方向划分为滑入段、切线段与滑出段;然后综合考虑飞机运行的安全与效率,绘制非标准快速出口滑行道的构型示意图,并给出各段关键参数的计算方法;最后以跑道与平滑间距为120 m的某机场为例,对各关键点的坐标值进行计算,验证该方法的可行性,对机场平面设计有一定的借鉴价值。     

基于跑道出口滑行道选择的机场滑行路径优化

为更好的研究航空器在机场滑行路径优化问题,对航空器在着陆后滑行运动过程进行分析,选择最优的跑道出口滑行道脱离跑道,并结合滑行冲突约束条件建立航空器滑行路径优化模型,采用基于改进遗传算法的滑行路径优化算法对模型进行求解。算例分析结果表明:航空器的全局滑行时间减少,着陆航空器对于跑道的占用时间减少,可见算法可行。     

道面摩阻不平衡对飞机着陆滑行参数影响

从运动学原理入手建立飞机着陆滑行力学模型, 引入道面摩阻不平衡度, 基于实测道面摩擦因数及其摩阻不平衡度分析飞机着陆减速和匀速滑行阶段的偏航角与偏航距离的变化趋势, 并设计模型试验分析湿滑道面摩阻不平衡下飞机着陆滑行参数变化规律。研究结果表明: 当跑道中心线两侧摩阻不平衡时, 机体产生绕竖轴扭矩, 导致飞机产生偏航角和偏航距离; 摩阻不平衡度的增大导致飞机偏航角与偏航距离增大, 摩阻不平衡度由0.03增加到0.38时, 偏航角增大4倍, 偏航距离增大1倍; 减小中心线两侧的摩阻不平衡度可以有效降低飞机偏出跑道概率; 滑移率对偏航角和偏航距离影响较小; 道面摩擦因数降低, 减速滑行距离增大, 基本呈线性变化; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 飞机所产生的偏航角呈直线增长, 当摩阻不平衡度达0.165时, 偏航角达1.2°; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 偏航距离也增大, 由于减速段所产生的偏航角, 加之匀速段滑行距离较长, 70%以上的偏航距离是在匀速阶段发生的; 湿滑道面下随着中心线两侧的水膜厚度差增大, 偏航角和偏航距离均增大, 水膜厚度差从0.05mm增加到2.50mm, 偏航角增大6倍, 偏航距离增大5倍。可见, 在接地带保证飞机主起落架两侧摩阻平衡, 有利于着陆减速过程飞机偏航角的控制。      

基于时间富余度控制的滑行道调度优化模型

针对机场场面运行中部分航空器剩余滑行时间较短、准时性低的现状,研究滑行道调度优化问题。在构建基于时间富余度控制的滑行道调度优化模型中,优先考虑以剩余滑行时间为主的航空器动态优先级;以我国某大型机场的场面运行数据为基础,采用生物地理学算法进行仿真验证。结果显示：与经典的先到先服务策略相比,航空器到达滑行终点的误差由1499 s降至553 s,降低了63.1%,冲突航空器到达误差从371 s降至147 s,降低了60.3%;在冲突解脱方面,由剩余滑行时间较多的航空器承担更多的冲突等待,有效减少航空器滑行冲突次数,保障后续停机位指派与跑道调度的有效性,大大提高了滑行道的滑行效率。     

机场跑道交通量纵向分布研究

针对当前对机场交通量分布认识不全面的问题,重新审视现有机场道面交通量分析方法,提出了机场交通量纵向分布的概念,并计算出飞机在起飞和着陆两种情况下交通量纵向分布的数学方程,完善了机场道面交通量分析方法,为机场跑道平面设计和道面设计提供更为可靠的理论基础。同时分析了跑道交通量纵向分布的影响因素,发现飞机种类与性能、跑道两端起降概率以及跑道长度等多因素对跑道交通量纵向分布有较大的影响。     

大型机场进场航空器联合调度模型

为减少进场航空器总延误与总滑行时间,研究了大型机场进场航空器联合调度问题;分别以跑道排序时间跨度和总延误加权和最小、被分配至远机位航班数量最少、进场航空器总滑行时间最短为目标函数,构建了跑道、停机位、滑行道三大系统的正向联合调度模型;在此基础上引入停机位再调整模型,通过调整额外滑行时间较大的航空器的停机位指派方案对滑行...     

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为提高跑道的利用率,对飞行区布局为“目”字形状的机场改建快速出口的问题进行了系统研究. 分析了飞机在快速出口中滑行的过程,得出了跑滑间距和中间联络道之间的可用距离为限制“目”字形机场改建快速出口的影响因素. 在此基础上,建立了快速出口距离的数学模型,分析了现有机场改建快速出口时沿跑道方向的限制条件,得出了典型飞机在不同机场运行时快速出口角度为30°、45°、60°条件下,飞机滑行速度和跑滑间距及快速出口距离之间的关系曲线. 最后应用本文所得的结果对某机场使用两种飞机情况下改建快速出口的可行性及限制条件进行了分析,提出了改建方案.     

现有机场改建快速出口的可行性分析

为提高跑道的利用率,对飞行区布局为“目”字形状的机场改建快速出口的问题进行了系统研究. 分析了飞机在快速出口中滑行的过程,得出了跑滑间距和中间联络道之间的可用距离为限制“目”字形机场改建快速出口的影响因素. 在此基础上,建立了快速出口距离的数学模型,分析了现有机场改建快速出口时沿跑道方向的限制条件,得出了典型飞机在不同机场运行时快速出口角度为30°、45°、60°条件下,飞机滑行速度和跑滑间距及快速出口距离之间的关系曲线. 最后应用本文所得的结果对某机场使用两种飞机情况下改建快速出口的可行性及限制条件进行了分析,提出了改建方案.     

机场跑道破损坑槽对飞机滑跑动力的影响

基于1/4双自由度振动模型,建立了飞机-坑槽振动简化模型,从乘客舒适度、道面结构承载力及高速滑跑时可能发生跳跃等3方面,研究了道面坑槽的许可深度计算方法。结果表明:机身振动加速度随着坑槽深度增大而增大,随着滑跑速度增大而减小;动载系数随着坑槽深度增大而增大,随着滑跑速度的增大而减小。实例应用得到了跑道不同部位出现坑槽的许可深度值,为机场当局对破损跑道的运行适用性判断提供理论参考。     

机场跑道破损坑槽对飞机滑跑动力的影响

基于1/4双自由度振动模型,建立了飞机-坑槽振动简化模型,从乘客舒适度、道面结构承载力及高速滑跑时可能发生跳跃等3方面,研究了道面坑槽的许可深度计算方法.结果表明:机身振动加速度随着坑槽深度增大而增大,随着滑跑速度增大而减小;动载系数随着坑槽深度增大而增大,随着滑跑速度的增大而减小.实例应用得到了跑道不同部位出现坑槽的许可深度值,为机场当局对破损跑道的运行适用性判断提供理论参考.     

A-SMGCS航空器动态最优滑行路径规划研究

机场场面航空器的动态最优滑行路径研究是A-SMGCS的前提和关键,包括动态路径规划和滑行时间调度两方面.针对A-SMGCS中动态路径规划的复杂性和实时性,依据跑道、滑行道和停机坪的拓扑结构及管制规定建立了基于Petri网的场面活动模型及相关约束规范.根据该模型及约束规范,并将静态预选路径作为可行解集,推导出场面各个时刻的机场状态,并从中选取最优路径.仿真实例表明动态路径规划可以最大限度避免滑行冲突,减少航空器的等待时间,显著提高场面运行效率.     

基于ADAMS仿真确定飞机着陆道面动荷载

为了合理确定机场刚性道面设计中的动载系数,减少道面荷载现场测试的工作量,利用ADAMS软件进行仿真研究,分析了飞机着陆时道面的竖向荷载、纵向水平荷载和横向水平荷载的动态响应规律.通过改变飞机着陆时的俯仰角、滚转角、初始下降速率和初始机轮离地距离4个主要参数,分析道面受载情况的敏感性,并利用白噪声线性滤波法生成不同等级道面,研究了不同平整度下道面的动态响应规律.研究结果表明:初始下降速率从0 m/s增大到3 m/s时,动载系数从0.677增大到1.623;着陆水平荷载主要为纵向水平荷载;飞机对H级道面的动荷载最大值比A级道面增大68.71%.     

现有高等级公路改成飞机跑道的承载力分析

战时当军、民用机场遭到破坏,恢复和新建机场困难很大,将现有高等级公路直线段应急改成飞机跑道成为恢复空运保障能力最有效的途径之一。为了研究现有高等级公路起降飞机时的承载能力,首先分析了飞机荷载的作用模式;其次在考虑道面材料特性及飞机荷载特性对道面应力影响的基础上,提出合理的三维有限元结构分析模型,并利用ANSYS有限元分析软件对兼有垂直力和水平力的飞机荷载作用下的道面结构层进行了应力分析,据此得到了高等级公路的承载力,可作为今后高等级公路直线段应急改成飞机跑道的设计计算参考。     

温度场下的机场柔性道面转弯区轮辙规律研究

针对飞机转弯过程中机轮对道面产生显著的附加水平剪切作用,加重柔性道面轮辙病害影响行驶安全问题,基于ABAQUS软件平台建立了连续变温沥青道面温度场与轮辙分析模型.该模型开展了机轮低速地面转弯特性分析,对比了跑道直线段与转弯区轮辙形成规律,提出了适用于转弯区道面变形特征的轮辙评价指标,对交通荷载条件和环境气象条件进行了参数影响分析.研究结果表明:机轮法向侧推力在道面面层底部产生横向拉伸变形,轮载作用位置竖向应力水平低于直线段,与轮辙凹陷深度规律一致;外侧机轮隆起变形幅度增加,内侧机轮隆起变形削弱并与轮迹凹陷盆连为整体;道面综合轮辙深度随转弯速度增加而增加,增幅为50%;轮载累积作用时间随转弯速度增加而缩短,轮迹带下陷变形明显减小,最大降幅达到30%;沥青混凝土面层日间持续高温是道面轮辙初始阶段快速发展的重要条件,表层轮辙敏感温度在30℃附近;通过控制高温时段飞机最低转弯滑行速度有利于降低该区域轮辙变形幅度.     

机场跑道应急抢修模式的研究与探讨

机场道面状态直接影响飞机运行安全,如何缩短应急抢修时间一直是飞行区管理部门关注的重点问题之一。通过对首都机场沥青道面历年的应急抢修数据进行调研和分析,并从"人、机、料、法、环"五个方面着手,探索出缩短机场道面应急抢修时间的有效措施,打造出新模式下的应急抢修团队,为国内大型机场的沥青跑道应急抢修提供有效的借鉴。     

场面航空器滑行时空协同优化模型

引入双层规划方法, 研究了场面航空器在滑行道系统中的滑行调度问题; 考虑了成本与冲突对场面航空器运行效率和安全的影响, 以航空器推出延迟时间与滑行路径作为决策变量, 以航空器在滑行道系统中滑行过程无冲突与场面航空器的总滑行距离最短为目标函数, 构建了场面航空器滑行时空协同优化模型; 针对航空器滑行道调度问题的特点, 设计了适用于航空器滑行时空协同优化模型的双层规划算法, 以降低场面航空器滑行距离和等待时间; 为了验证航空器滑行时空协同优化模型及算法的有效性, 对比了先到先服务调度方案的计算结果, 分析了滑行等待时间与滑行距离对场面航空器运行效率的影响。研究结果表明: 场面航空器滑行时空协同优化模型与先到先服务的航空器调度方案相比, 保证了航空器滑行过程无冲突, 将16架次航空器的总滑行距离从40 690 m降至37 700 m, 降低了8%;航空器平均运行时间为254 s, 提升了滑行道系统的整体运行效率; 在复制组数为100与变异概率为0.4的条件下, 采用场面航空器滑行时空协同优化模型能够在412 s内获得最优解, 求解效率与收敛性显著。可见, 采用场面航空器时空协同优化模型在保障航空器滑行安全的前提下, 能有效提高场面航空器滑行调度效率, 降低航空器运行成本, 能够为繁忙机场滑行道调度提供决策支持。      

机场滑行道桥结构设计中军用飞机荷载作用的确定

利用有限元建立军用机场滑行道桥结构分析模型,通过分析5种军用飞机相关主起落架构造及多项荷载参数,对军用飞机荷载作用机场滑行道桥不同位置时的结构内力作用响应进行对比分析。结果表明,不同军用飞机作用滑行道桥不同位置时,其内力分布相似,但大小是不同的。综合分析可以得出,滑行道桥内力作用主要受飞机种类及相关荷载特性影响。在设计军用机场滑行道桥时,机型A与机型B、机型C与机型D荷载可以等效代替;5种飞机同时使用一个机场时,设计荷载主要以C、D机型为主。