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%.     

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。      

基于表面构造的水泥混凝土道面抗滑模型

利用T10型测试车测试了某机场水泥混凝土跑道不同区段摩擦因数,利用照相法和特征描述法对道面不同尺度的构造进行了特征分析,基于测试结果,探讨了道面构造对其摩擦因数的影响规律,提出了基于构造特征参数的道面抗滑能力表达模型。根据对道面宏观、粗观和细观构造特征参数的相关分析,构建了基于构造特征的道面抗滑摩擦因数模型。研究结果表明:构造特征相近的道面,其构造深度为0.6～0.7cm时,摩擦因数为0.40～0.42;构造特征差异较大时,构造深度分别为0.70、0.78cm的区域,摩擦因数分别为0.43、0.75,构造特征对摩擦因数的影响不可忽视;基于道面构造特征的参数化分析,采用道面抗滑摩擦因数模型可定量分析旧道面抗滑性能。     

军用机场跑道长度设计方法

针对军用机场跑道可能受袭的主要方式,为了使机场道面受到破坏后能快速地在跑道上选取最小起降带起飞着陆,提出了考虑最不利道面破坏区域的跑道长度数值计算方法.通过本文设计方法和现行设计方法对二级机场部分机型的跑道基准长度进行计算比较,发现所增加的跑道长度不长,结果表明此方法对跑道长度设计是可行的.     

近距平行跑道间隔确定方法

应用最不利环境下的尾流运动特性,研究了近距平行跑道相关平行进近模式下配对飞机斜距、进近下滑角和机型组合对跑道间隔的影响,利用最小尾流间隔标准和NASA侧风统计数据,并根据机型参数,提出了跑道中心线间距和跑道头错开间距的确定方法.分析结果表明:当配对前后机的斜向间隔标准一定时,跑道头错开间距随中心线间距和配对后机下滑角的增大而减小;当配对前后机下滑角相同时,跑道头错开间距随中心线间距和斜向间隔标准的增大而减小;当跑道中心线间距为380m,前后机下滑角均为3°,斜向间隔标准为2 780m时,长沙黄花国际机场跑道头错开间距应不小于1 483 m,符合国外已授权机场跑道参数.     

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。     

采用IRI评价机场道面平整度的适用性

提出一种采用国际平整度指数(IRI)评价机场道面平整度的适用性综合分析方法,建立了1/4车辆模型与飞机的动力学模型,采用IRI和飞机重心处竖向加速度(VACGA)作为机场道面平整度的评价指标,利用MATLAB/Simulink建立了IRI和VACGA求解模型;以正弦函数形式的不平整激励模拟机场道面纵断面的微波起伏,在不同振幅、波长和滑行速度条件下定量解析IRI和VACGA的分布特性。计算结果表明:VACGA和IRI均与振幅成正比;IRI的敏感波段为波长1~5m的短波,并在波长为2m时达到最大;飞机在200km·h~(-1)滑行速度下,VACGA随波长的变化呈现3个波峰,并且在波长为15m时达到最大波峰;当飞机在滑行道的滑行速度小于40km·h~(-1)时,VACGA的敏感波段为2.3~7.2m,基本分布在IRI的敏感波段内,说明滑行道平整度的评估可采用IRI,但当飞机在跑道的滑行速度大于60km·h~(-1)时,VACGA敏感波段为6.4~23.6m,分布在IRI不敏感波段内,说明当飞机在跑道的滑行速度较高时,采用IRI检测机场道面平整度是不合理的。     

网状聚酯道面结构有限元计算及优化设计

网状聚酯道面结构是一种供飞机临时滑行的特种结构,由聚酯网穿插聚酯棒组成.采用有限元法对该结构在飞机荷载作用下的力学行为进行了计算机仿真分析.将聚酯网简化成弹性薄板,聚酯棒按照实体模型处理,建立了整体结构的有限元模型;根据实际使用情况,分别针对三种工况分析了结构在飞机静载作用的应力和位移,并采用简化方法计算了飞机在动荷载作用下的应力和位移;对道面结构的聚酯棒间距进行了优化设计.     

利用无损探测技术研究机场道面错台成因

依托无损检测方法对某机场道面错台区域进行综合检测,得到引起该机场道面错台的原因：由于错台区域两侧道面修建历史不同,所采用的道面结构和材料不同,2种不同道面在飞机荷载和环境因素的长期作用下引起道面基层不均匀沉降,基层的不均匀沉降进一步反射到面层引起错台区域道面脱空,道面脱空和基层的不均匀沉陷最终引起道面错台．     

基于足尺试验的机场沥青道面轮辙发展与预测

轮辙是引起沥青道面过早破坏的重要因素，飞机地面滑行渠化交通显著，由轮辙病害引起的道面平整度与舒适性问题突出.为此，建立飞机轮组-地基-沥青道面结构体系仿真分析模型，提出适应轮组荷载特征的等效循环加载方式，依托NAPTF (National Airport Pavement Test Facility)足尺沥青道面轮辙试验，验证仿真结果的适用性与可靠性，并开展加载时间间隔与环境温度等多因素分析.研究结果表明：考虑轮载作用横向偏移效应，轮辙总宽度达到轮组宽度的3倍，轮辙断面曲线有多处转折点与以往单一凹陷面特征明显不同；循环加载时间间隔对轮辙发展影响显著，经过150 s间隔后沥青面层回弹变形趋于稳定，可兼顾分析效率需要；前10%循环加载次数对轮辙变形的贡献超过40.4%，可基于初始轮辙建立指数型轮辙发展预测公式，对循环加载全过程拟合度高于96.4%，轮辙分析效率有明显提高.     

沥青跑道抗滑性能分析

为了提高机场沥青跑道的抗滑性能,保证飞机滑跑安全,分析了沥青道面防滑性能要求,研究了沥青道面摩擦系数、粗糙度、抗滑耐久性等防滑性能指标,参照国际民航的规定和中国沥青道面抗滑标准,提出了考虑飞机滑跑安全的道面技术参数,并对材料性质、沥青混合料类型与级配、沥青用量等因素对抗滑性能的影响进行了分析。分析结果表明:当沥青道面摩擦系数摆式仪测定值控制在45以上,构造深度大于0.4 mm时,飞机滑跑是安全的;通过选择坚硬石料作为沥青混合料的集料,采用沥青玛蹄脂碎石混合料作为面层材料,设计合理的坡度,及时清除道面积雪等设计与使用维护措施,可增强沥青道面抗滑性能。     

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。      

飞机主起落架构型对道面力学响应的影响

为给飞机和跑道的优化设计提供参考和理论依据,基于弹性层状体系理论,建立了水泥混凝土跑道的三维有限元模型;选取了2组荷载水平相当、主起落架构型差异明显的飞机,对比分析了飞机主起落架构型变化对跑道全宽度位移、应变、板底拉应力以及土基响应深度的影响.模拟结果表明:当荷载相同时,主起落架上机轮总数越多,水泥混凝土道面板位移峰值、板底最大拉应力越小,起落架构型差异导致的道面板位移峰值相差13%左右,板底拉应力相差达35%;起落架间距越小,荷载作用区位移曲线越平缓,荷载作用区拉应变越小,土基响应深度越大,起落架构型变化导致的荷载作用区拉应变相差12%,土基响应深度相差14%;主起落架构型变化对距离荷载作用位置较远区域的竖向位移基本无影响.      

民航运输航空器着陆阶段偏出跑道事件分析模型

为了克服故障树分析方法只能描述正常和故障两种状态的缺陷,利用故障树方法的逻辑分析优势,以及贝叶斯网络描述多态事件和计算概率的功能,建立了基于故障树和贝叶斯网络相融合的航空器着陆偏出跑道事件分析模型,提出了故障树与贝叶斯网络之间的转换算法求解该模型.根据1996—2010年中国民航着陆偏出跑道事件的数据,确定了着陆航空器偏出跑道的主要原因,并按重要程度进行了排序.研究结果表明:积水、反喷或减速板故障、复杂气象条件、驾驶术欠缺、前轮转弯卡阻、夜航或受灯光不利影响、对机组资源管理失效、积冰积雪是导致着陆偏出跑道的主要风险因素,其后验概率均大于0.3;应针对主要风险因素,制定针对性预防措施.      

青藏高原机场跑道多年冻土地基温度场特征

对比了青藏高原多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场, 分析了其地基温度分布、温度沿深度的变化以及地基最大融化深度, 研究了宽幅沥青混凝土道面机场跑道地基温度场特征, 对比了不同道面宽度条件下其地基温度分布、不同时间地基温度沿深度的变化以及跑道中部及道肩的最大融化深度, 并基于道面宽度、时间建立了沥青混凝土道面机场跑道道中地基融化深度的表达式。研究结果表明: 多年冻土地区机场跑道地基温度场与公路路基温度场存在明显差异, 机场跑道地基融土核位置更低, 且全部位于天然地面以下, 而公路路基融土核位置相对较高, 可以通过抬高路堤使融土核全部位于路堤内, 便于通风管等温控措施的施工, 可见由于机场跑道无路堤、道面幅度宽等特点, 使得多年冻土地区公路与铁路建设的现有研究成果不能完全应用于机场跑道建设中; 对于沥青混凝土道面的机场跑道多年冻土地基, 随着道面宽度的增加, 跑道地基稳定性降低, 道面宽度每增加1%, 地基0℃等温线约下降0.17%, 地基融土核最高温约上升0.46%, 道中地基融化深度约加深0.19%, 但当道面宽度超过35 m时, 道中地基融化深度趋于平稳; 相对于道中地基温度场, 道肩受道面宽度的影响较小, 当道面宽度超过25 m时, 其地基融化深度趋于平稳; 道中地基融化深度表达式相关系数为0.988 6, 相对误差在1%以内。      

基于飞机滑行油耗的枢纽机场机位分配研究

机位的高效、合理安排是机场地面作业中的一项重要任务,也是机场运行组织的重要组成部分. 本文在考虑跑道使用方向的基础上,研究如何利用优化机位分配来减少飞机滑行距离,从而达到降低滑行油耗的目的. 通过对首都国际机场滑行油耗分析,本文建立了机位分配混合整数规划模型,利用现代优化算法--禁忌搜索算法对该问题进行求解, 并用实例验证了模型和算法的有效性. 实证分析结果具有一定的理论价值和实际意义.     

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机位的高效、合理安排是机场地面作业中的一项重要任务,也是机场运行组织的重要组成部分. 本文在考虑跑道使用方向的基础上,研究如何利用优化机位分配来减少飞机滑行距离,从而达到降低滑行油耗的目的. 通过对首都国际机场滑行油耗分析,本文建立了机位分配混合整数规划模型,利用现代优化算法——禁忌搜索算法对该问题进行求解, 并用实例验证了模型和算法的有效性. 实证分析结果具有一定的理论价值和实际意义.     

飞机在双面横坡跑道上的航向稳定性

分析了飞机在双面横坡机场跑道上的受力情况 ,通过建立飞机在双面横坡上的运动方程 ,得出了飞机航向稳定性与机场双面横坡跑道坡度值的关系。结果表明横坡对航向稳定性有一定的影响 ,在现行规范取值时 ,影响非常有限。结论可用于指导机场跑道的横坡设计。