一種測量飛機輪胎與跑道間最大剎車摩擦系數的方法與流程
本發明屬于結構動力學領域，具體涉及一種測量飛機輪胎與跑道間最大剎車摩擦系數的方法。
背景技術：
飛機在滑跑或降落時，一旦遇到緊急狀況，駕駛員就會采用最大剎車力使飛機減速直至飛機停止，在這個過程中，輪胎快速減速，并在飛機重量的作用下，和地面之間產生很大的摩擦力，從而使飛機起落架和機體連接部位產生很大的力和力矩，嚴重情況下，可能會造成起落架或連接結構的破壞，給飛機正常飛行帶來潛在隱患。
輪胎與地面的最大剎車摩擦力與飛機重量和他們之間的摩擦系數有關，而飛機重量可以很方便的求出，因此，計算最大剎車摩擦力的關鍵就是確定他們之間在最大剎車過程中的摩擦系數，但目前國內還缺少有效的測量方法，在設計初期大都借用了經驗值，如果在飛機試飛過程中不進行驗證，就會使飛機設計存在一定的技術風險。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明提供了一種測量飛機輪胎與跑道間最大剎車摩擦系數的方法，包括：
S1、將飛機發動機的油門固定至某一位置，使飛機滑行，獲取飛機的重心加速度a0；
S2、使用最大剎車壓力踩剎車使飛機減速，獲取飛機重心的最大航向加速度amax；
S3、根據以下公式計算最大剎車摩擦系數μmax相對滾動摩擦系數μ的增量Δμ：
其中，g為重力加速度；
S4、獲取滾動摩擦系數μ，從而確定最大剎車摩擦系數μmax。
優選的是，根據步驟S1-S4，多次求取最大剎車摩擦系數，并取最大值作為最終的最大剎車摩擦系數μmax。
上述方案中優選的是，所述飛機發動機推力與飛機的氣動阻力的合力為F，則所述步驟S3由以下公式導出：
F-μMg＝Ma0
F-μmaxMg＝Mamax
其中，M為飛機重量，Δμ＝μmax-μ。
上述方案中優選的是，所述飛機滑行時速度不高于40m/s。當飛機速度很小時，可忽略飛機氣動阻力的變化，故上述兩式中發動機推力與飛機氣動阻力的合力均可以用F來表示。
通過該方法計算飛機輪胎與跑道間的最大剎車摩擦系數，實施簡單，不需要額外的測試設備、人員等輔助條件，只需借助飛機上的飛機記錄儀，即可測試得到飛機輪胎與跑道間的最大剎車摩擦系數，是設計、校核飛機起落架及機體連接強度的重要數據之一，對工程設計具有重要意義。
附圖說明
圖1為本發明測量飛機輪胎與跑道間最大剎車摩擦系數的方法的一優選實施例的流程圖。
圖2為本發明圖1所示實施例的飛機最大剎車狀態時的航向速度變化曲線示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。
如圖1所示，本發明提供了一種測量飛機輪胎與跑道間最大剎車摩擦系數的方法，主要包括以下步驟：
S1、將飛機發動機的油門固定至某一位置，使飛機滑行，獲取飛機的重心加速度a0；
S2、使用最大剎車壓力踩剎車使飛機減速，獲取飛機重心的最大航向加速度amax；
S3、根據以下公式計算最大剎車摩擦系數μmax相對滾動摩擦系數μ的增量Δμ：
其中，g為重力加速度；
S4、獲取滾動摩擦系數μ，從而確定最大剎車摩擦系數μmax。
可以理解的是，根據步驟S1-S4，可以多次求取最大剎車摩擦系數，并取最大值作為最終的最大剎車摩擦系數μmax。
本實施例中，所述飛機發動機推力與飛機的氣動阻力的合力為F，則所述步驟S3由以下公式導出：
F-μMg＝Ma0……………………………………(1)
F-μmaxMg＝Mamax………………………………(2)
其中，M為飛機重量，Δμ＝μmax-μ，公式(1)-(2)，可得最大剎車摩擦系數μmax相對滾動摩擦系數μ的增量關系式如下：
令
因此，測試得到最大剎車摩擦系數μmax相對滾動摩擦系數μ的增量Δμ后，即可按下式快速的計算出最大剎車摩擦系數：
μmax＝μ+Δμ………………………………(4)
其中，滾動摩擦系數μ可按常規方法測量得到。
本實施例中，所述飛機滑行時速度不高于40m/s。當飛機速度很小時，可忽略飛機氣動阻力的變化，故上述(1)、(2)兩式中發動機推力與飛機氣動阻力的合力均可以用F來表示。
為了測試得到某大型運輸機輪胎與跑道間的最大剎車摩擦系數，首先需要測量飛機在最大剎車前后的飛機航向重心加速度，具體要求及實施過程如下：
參考圖2，圖2給出了飛機最大剎車狀態時的航向速度變化曲線示意圖，在飛機正常滑行速度為40m/s左右時，收油門至慢車狀態，使用正常最大剎車使飛機減速，直到飛機停止，通過飛參記錄儀記錄的飛機航向速度變化計算公式(3)中的a0和amax。
圖2給出了駕駛員在飛機兩次不同的速度下先后進行了兩次最大剎車，兩次剎車前的加速度都較小，但在駕駛員踩剎車后，其加速度就非常大，但量值基本保持不變，因此，可按速度變化點計算不同時刻的瞬態加速度值。
根據飛機第一次剎車前、后的航向速度變化，可以算出飛機剎車前的航向加速度a0為0.136m/s2，最大剎車過程的加速度amax為-4.679m/s2，因此，根據公式(3)，最大剎車摩擦系數μmax相對滾動摩擦系數μ的增量
飛機輪胎與跑道間的滾動摩擦系數為0.006，因此，根據公式(4)，最大剎車摩擦系數：
μmax＝μ+Δμ＝0.006+0.491＝0.497
根據飛機第二次剎車前、后的航向速度變化，可以算出飛機剎車前的航向加速度a0為0.203m/s2，最大剎車過程的加速度amax為-4.748m/s2，因此，根據公式(3)，最大剎車摩擦系數μmax相對滾動摩擦系數μ的增量
根據公式(4)，最大剎車摩擦系數：
μmax＝μ+Δμ＝0.006+0.505＝0.511
選取兩次計算結果中的最大值，可知，輪胎與跑道間的最大剎車摩擦系數為0.511。
本發明測量飛機輪胎與跑道間最大剎車摩擦系數的方法具有以下技術要點：
a)基于牛頓第二定律，建立了飛機輪胎與跑道間最大剎車摩擦系數相對滾動摩擦系數的增量與飛機重心航向加速度之間的關系；
b)飛機在慢車狀態滑行穩定后，駕駛員踩最大剎車滑行；
c)通過機載飛參記錄儀或其它測試儀器的數據記錄功能，獲取飛機重心航向速度或加速度時間歷程；
d)飛機發動機對稱布置、對稱開車。
通過該方法計算飛機輪胎與跑道間的最大剎車摩擦系數，實施簡單，不需要額外的測試設備、人員等輔助條件，只需借助飛機上的飛機記錄儀，即可測試得到飛機輪胎與跑道間的最大剎車摩擦系數，是設計、校核飛機起落架及機體連接強度的重要數據之一，對工程設計具有重要意義。
最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
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