机场道面平整度评价指标研究

摘要

针对目前机场道面平整度评价指标研究较少，评价标准主要依赖试验确定，而受条件所限，机场试验难度较大的问题，本文提出一种通过理论分析与仿真计算确定机场道面平整度评价标准的方法。现有机场道面平整度评价指标来源于路面平整度评价指标，由于路面平整度评价指标并不统一，评价指标与标准各异，作为研究的基础环节，论文首先对已有的路面平整度评价指标进行了深入分析，重点分析了国际平整度指数IRI、路面功率谱密度PSD与舒适度指数RN。编制了三者计算程序，从而为下一步的研究服务。本文将路面不平整度假设为随机平稳变量而作为四分之一车模型的激励，得到四分之一车模型的各种响应，再由响应建立IRI与PSD之间的近似相关关系，通过上海市实测典型路段与美国长期路面研究LTPP的纵断面实测高程数据验证了推导结果。同时，利用上海实测断面高程计算IRI与RN，建立IRI与RN之间的相关关系，再通过RN与路面服务水平之间的关系，推导IRI与路面服务水平之间的关系，从而得到一种符合实际路面情况的基于IRI的路面行驶质量水平评价标准的方法。最后，本文通过对大量不同波长、不同波幅的余弦路面波形计算，得到IRI与波长、波幅的关系，由此关系建立了能直观反应三者关系的数值关系表。本文提出了路面等效波长的概念及其计算方法。接着论文分析了机场道面与路面的差异，以二自由度模型作为机场道面不平整度理论分析模型，并采用典型机型分别得到飞机前起模型与主起模型的四个计算参数。采用动力学计算方程，对二自由度模型的频响特性进行了分析；用当量简化方法得到其自振频率的简化计算公式，计算了飞机前起模型与主起模型、四分之一车模型的自振频率；对飞机二自由度模型的四个参数进行了敏感性分析；对速度对模型的影响分析进行了深入研究，以IRI模型为例对其进行了计算分析，从而证明其关系受系统自振频率控制；文中对机场不平整度引起飞机的动荷进行了理论分析，计算了路面激励为余弦函数时其动载的数学表达式，分析了速度、波长、频率以及不同变化率下的动荷系数影响变化。论文通过多体动力学软件ADAMS建立了飞机的全机模型，并建立了三种ADAMS机场道面文件，包括余弦波形路面文件、随机路面文件以及实测路面文件。接着对各种波长之下的机场路面进行大量仿真计算，求出其最不利波长；然后对最不利波长之下的不同幅值进行仿真分析，得到最不利波长的最大幅值，从而得到最不利波长下的幅值评价标准。随后对所建立的各种路面进行仿真分析，以飞机重心处最大加速度作为评价指标，从而建立了基于动力学仿真的机场道面IRI评价标准，为机场道面的跑道及滑行道检测提供了检测标准。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：机场道面，平整度，国际平整度指数，动力学，仿真

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引言

1.1路面平整度的定义

1.2问题的提出

1.3文献综述

1.3.1道面平整度研究综述

1.3.2机场道面平整度研究综述

1.4研究方法与技术路线

1.5论文结构安排

第2章 现有平整度评价指标及相关性研究

2.1现有路面平整度评价指标

2.1.1国际平整度指数IRI

2.1.2路面功率谱密度PSD

2.1.3舒适度指数RN(Ride Number)

2.1.4直尺测定最大间隙与平整度标准差σ

2.1.5断面指数PI

2.1.6平均评分等级MPR

2.1.7竖向加速度均方根RMSVA

2.1.8小结

2.2各国路面平整度规范

2.2.1美国

2.2.2加拿大

2.2.3日本

2.2.4欧洲各国

2.2.5中国

2.2.6小结

2.3机场道面平整度评价方法

2.3.1直尺检测方法

2.3.2美国波音公司机场道面平整度评价方法

2.3.3加拿大机场道面平整度检测规范草案

2.4舒适度评价标准

2.4.1舒适度评价简介

2.4.2舒适性的评价

2.5国际平整度指数与路面功率谱密度相关关系研究及验证

2.5.1 IRI与PSD相关关系研究

2.5.2结果验证

2.5.3小结

2.6基于国际平整度指数路面行驶质量水平评价标准方法研究

2.6.1路面行驶质量水平评价标准确定方法及上海市实例

2.6.2小结

2.7 IRI与波长及波幅相关关系计算分析

2.7.1路面波形方程形式

2.7.2最短波长及取点间距、计算长度的问题

2.7.3计算步骤

2.7.4计算结果

2.7.5小结

2.8路面等效波长计算分析

2.8.1路面等效波长的概念及计算步骤

2.8.2路面等效波长计算实例

2.8.3小结

第3章 飞机与路面不平度振动模型的理论分析

3.1机场道面与飞机结构简介及其相互作用

3.1.1机场道面简介

3.1.2飞机的构造简介

3.1.3机场道面与现有公路的差异分析

3.2机场道面与飞机动态性能分析模型

3.2.1机场道面与飞机动态性能模型

3.2.2飞机二自由度动态性能分析模型

3.3飞机二自由度模型的振动分析

3.3.1模型的运动方程

3.3.2模型的振动分析

3.3.3四个参数敏感性分析

3.3.4速度的影响分析

3.3.5飞机动载分析

3.4小结

第4章 机场道面不平整度的动力学仿真建模

4.1 ADAMS软件及ADAMS/AircraR模块介绍

4.1.1 ADAMS软件简介

4.1.2 ADAMS/Aircraft介绍

4.2全机模型的建立

4.2.1机身子系统

4.2.2前起落架缓冲支柱和机轮子系统

4.2.3主起落架缓冲支柱和机轮子系统

4.2.4装配模型

4.3 ADAMS/Aireraft软件中路面的生成及分析

4.3.1波形路面文件的生成

4.3.2随机路面文件的生成

4.3.3实测路面的ADAMS路面文件的生成

4.3.4小结

第5章 机场道面不平整度仿真分析及评价标准的建立

5.1各种波长之下ADAMS/AIRCRAFT仿真分析

5.1.1各种波长之下ADAMS/AIRCRAFT仿真分析步骤

5.1.2结果分析

5.1.3小结

5.2最不利波长下最大隆起或凹陷标准的确定

5.2.1飞机仿真评价标准的确立

5.2.2滑行道最大隆起或凹陷标准

5.2.3跑道最大隆起或凹陷标准

5.2.4机场道面最大隆起或凹陷标准计算小结

5.3基于动力学仿真的机场道面快速检测标准确定

5.3.1路面滑行计算结果

5.3.2机场道面滑行计算结果分析

5.3.3小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

附录

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果