一种飞机机轮完整弹射载荷谱动态模拟系统及方法与流程

本发明涉及轮胎载荷动态模拟，具体涉及一种飞机机轮完整弹射载荷谱动态模拟系统及方法。

背景技术：

1、航空轮胎超高加速度试验是通过模拟超高加速工况，对航空轮胎在实际使用条件下的性能进行模拟试验，为新产品的研制、鉴定和产品交付提供科学依据。航空轮胎超高加速度动态模拟试验机是针对航空轮胎超高加速模拟试验设计的一套试验系统，其中动态载荷模拟系统用于试验室完全产生飞机机轮弹射起飞过程中完整的弹射载荷谱动态载荷，以便进行飞机机轮轮胎的动态性能和耐久性测试验证试验。

2、飞机机轮轮胎在弹射起飞过程中，由于弹射杆、牵制杆的共同作用，以及弹射起飞过程中飞机升力的影响，弹射载荷谱具有加载率高、载荷连续剧烈转折的特点，对机轮载荷动态模拟试验技术提出了非常高的要求。目前，国内各厂家针对飞机机轮弹射起飞过程中载荷的模拟，基本采用等效载荷谱的方法，即降低加载率和仅对连续转折载荷谱的轮廓进行模拟。这种等效载荷谱根据试验验证无法反映飞机弹射起飞过程高加载速率、加载速率突变的特性，从而也无法真实测试试验过程中的轮胎特性和使用寿命。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种飞机机轮完整弹射载荷谱动态模拟系统及方法。

2、本发明的技术方案是：一种飞机机轮完整弹射载荷谱动态模拟系统，包括活动拖架、飞机机轮以及用于为飞机机轮提供速度的飞轮，还包括用于为飞机机轮提供载荷的加载模块、用于对飞机机轮载荷进行预估测量的状态观测模块以及用于控制所述加载模块模拟飞机机轮在完整弹射时载荷变化的ffc+fbc复合控制模块；

3、所述加载模块包括伺服液压缸以及设置在所述伺服液压缸上的高频响电液伺服阀；所述高频响电液伺服阀与所述ffc+fbc复合控制模块电性连接；

4、所述状态观测模块包括状态观测器、载荷传感器与加速度传感器；所述状态观测器分别与所述载荷传感器、加速度传感器电性连接，且状态观测器与所述ffc+fbc复合控制模块电性连接；

5、其中，所述飞机机轮、活动拖架以及伺服液压缸依次连接，所述飞轮与地面转动连接；活动拖架的底面与地面滑动连接，所述载荷传感器安装在活动拖架与伺服液压缸的连接处，所述加速度传感器安装在活动拖架顶部。

6、说明：上述系统通过采用状态观测器、载荷传感器与加速度传感器，对轮胎载荷进行预估和补偿；采用ffc+fbc复合控制技术完成载荷谱的调整模拟，利用ffc控制可以提高系统快速跟随性，减少载荷静差，利用fbc控制提高系统抗扰性能；通过液压伺服加载技术能够提高响应效果，以解决目前飞机机轮试验室性能测试的不足。

7、进一步地，所述系统还包括用于对系统进行校准与参数整定的载荷校准模块；所述载荷校准模块包括依次设置的承力板、用于中心对准的自动对心装置以及用于与所述活动拖架连接的假轴，

8、所述自动对心装置上安装有用于模拟飞机机轮刚度进行参数整定的液压弹簧，所述液压弹簧的一端与承力板接触，液压弹簧的另一端与所述假轴连接，所述承力板垂直固定于地面且搭设在所述飞轮靠近飞机机轮的一侧；

9、所述液压弹簧上设有用于对载荷传感器所检测到的数据进行载荷校准的标准传感器。

10、说明：通过上述载荷校准模块，可以对载荷传感器得到的载荷值进行校准、对ffc+fbc复合控制模块进行调参，使试验模拟效果更加准确，同时，若靠近试验飞机机轮、前置安装载荷传感器，会出现承受侧向力、航向力对轴向力产生串扰，导致其测量准确性和寿命下降，进而大大降低载荷传感器测量精度；而通过上述模块单独进行模拟校准，可以避免上述问题的出现，同时能够使试验结果更加准确。

11、进一步地，所述系统还包括用于为所述加载模块补偿瞬时流量的流量补偿模块，所述流量补偿模块包括与所述伺服液压缸连接的快速蓄能器，所述伺服液压缸连接有用于为所述快速蓄能器提供压力油液的液压泵站。

12、说明：上述流量补偿模块能够提高试验机加载系统的快速反应能力，进而适用于弹射载荷谱具有的加载率高、载荷连续剧烈转折的特点，提高试验真实性和可靠性。

13、本发明还公开了一种飞机机轮完整弹射载荷谱动态模拟系统的模拟方法，基于上述一种飞机机轮完整弹射载荷谱动态模拟系统，包括以下步骤：

14、s1、预估载荷值：

15、确定飞机机轮弹射起飞过程的弹射载荷谱、飞轮弹射过程中的速度谱，推动活动拖架至飞机机轮与飞轮接触位置，以速度谱中的速度转动飞轮；然后开启伺服液压缸，推动活动拖架向飞轮一侧移动，然后通过载荷传感器获得测量值fh，通过加速度传感器获得活动拖架的加速度a，根据下述公式(1)，得到飞机机轮载荷观测值ft：

16、ft＝fh-ma                     (1)

17、式中，ft为飞机机轮载荷观测值；fh为载荷传感器测量值；m为活动拖架的质量；a为活动拖架加速度；

18、s2、ffc+fbc复合控制：

19、将步骤s1得到的飞机机轮载荷观测值ft输入到ffc+fbc复合控制模块，ffc+fbc复合控制模块通过控制高频响电液伺服阀的开度大小来控制飞机机轮的移动，进而得到飞机机轮载荷的观测值ft的变化情况；根据观测值ft与载荷谱上的载荷力变化情况一一对应，调节观测值ft，使飞机机轮载荷观测值ft的变化情况与飞机机轮弹射起飞过程中弹射载荷谱变化一致，即完成飞机机轮弹射起飞过程中弹射载荷谱的动态模拟。

20、说明：上述方法通过载荷传感器监测的机轮载荷传感器值、加速度传感器获得活动拖架的加速度值及活动拖架重量，进行综合运算，较为准确的得到飞机机轮的载荷观测值，通过ffc+fbc复合控制可以实时控制飞机机轮的负载，相比于现有技术等效载荷谱的模拟试验，能够较为完整、真实地反映出飞机弹射起飞过程高加载速率、加载速率突变的特性。

21、进一步地，还包括步骤s3，

22、s3、通过载荷校准模块对fh进行校准、对ffc+fbc复合控制模块进行参数整定：

23、分别读取标准传感器与载荷传感器的值进行载荷校准，载荷校准方法为：通过伺服液压缸进行进程、回程的静压载荷加载，得到标准传感器与载荷传感器的差值，即认为是活动拖架所受的摩擦力f；通过fh±f值对fh进行修正，完成fh的校准；

24、通过调节液压弹簧的节流口开度大小，获得多个液压弹簧的刚度，利用多个液压弹簧的刚度模拟多种刚度的飞机机轮进行步骤s1、步骤s2的过程，获取多种刚度的飞机机轮下ffc+fbc复合控制模块中的控制参数，即完成参数整定。

25、说明：上述校准方法能够有效对载荷传感器测量值进行校准，且可以通过液压弹簧模拟测试获得多种ffc+fbc复合控制模块中的控制参数，以便于试验时使用。

26、更进一步地，还包括以下步骤，

27、s4、动态流量补偿：

28、s4-1、判断是否需要蓄能器：

29、取弹射载荷谱，计算伺服液压缸的流量值q0，找出其中的最大流量qm，判断最大流量qm是否大于泵站流量q，大于则说明需要快速蓄能器；小于等于则说明不需要快速蓄能器；

30、s4-2、设计快速蓄能器参数：

31、当需要快速蓄能器时，对弹射载荷谱进行流量分析，得到所需快速蓄能器的气体容积；所述流量分析方法为：

32、按照载荷的斜率变化，将弹射载荷谱分为n个载荷阶段，即同一斜率记为一个阶段；利用下述公式(2)计算蓄能器补充油液总量δv；

33、

34、式中，vn为第n个阶段油液需求总体积，tn为第n个阶段对应的时间；q为泵站流量；i为载荷阶段取，1～n；

35、根据公式(2)得到的δv，按照下述公式(3)，计算快速蓄能器气体容积v0，

36、

37、式中，p2为泵站压力，取280bar，p1为蓄能器在补油最末点允许的压力值，取260bar，p0为预充压力按照常规，取0.9p1；得到v0值即为系统所需快速蓄能器气体容积。

38、说明：上述计算方法首先可以判断是否需要蓄能器，并能够计算出所需的蓄能器体积，以便于蓄能器的选用；蓄能器能够辅助伺服液压缸的迅速反应，从而准确模拟飞机机轮弹射负载变化。

39、进一步地，根据弹射载荷谱，计算流量值q0的方法为：

40、

41、式中，s为伺服液压缸面积，δf为载荷变化量，δt为载荷变化的时间段，k为飞机机轮刚度。

42、说明：上述计算过程可以根据载荷变化量得到流量值q0，进而进行蓄能器选用的计算。

43、进一步地，所述控制参数为fbc中的p、i、d参数及ffc中的前馈控制参数。

44、说明：上述控制方法均采用现有技术。

45、进一步地，所述伺服液压缸的固有频率为16hz，所述高频响电液伺服阀的频率为100hz。

46、说明：通过限定伺服液压缸、高频响电液伺服阀的频率选用，使之能够适用于飞机机轮以及活动拖架的试验过程，同时适用于飞机弹射起飞过程，频率设定过大或者过小都会降低试验的准确度。

47、本发明还公开了一种飞机机轮完整弹射载荷谱动态模拟系统的应用，将其用于测试飞机弹射起飞试验过程中的飞机机轮特性和使用寿命。

48、本发明的有益效果是：

49、本发明首次较为完整的模拟了飞机弹射起飞过程，采用本发明的模拟系统可以较为准确地测量计算飞机机轮所受载荷，并进行高灵敏度的调整，提高系统快速跟随性，减少载荷静差，提高响应效果，相比于现有技术中的等效载荷谱的模拟试验，能够较为完整、真实地反映出飞机弹射起飞过程高加载速率、加载速率突变的特性，从而可以对飞机弹射起飞过程中的飞机机轮特性和使用寿命进行测试与研究。