基于虚拟样机的多轮飞机刹车系统半实物仿真

摘要

飞机防滑刹车控制系统作为飞机起降系统重要的组成部分，其主要任务是缩短飞机的着陆滑跑距离，操纵飞机的地面滑行方向。随着飞机重量增加，尤其是着陆速度显著增大，从而使飞机着陆时的动能和滑跑距离急剧增加。因此，设计高性能的数字式防滑刹车系统，具有十分重大的意义。但飞机防滑刹车系统直接装载飞机进行试验来调节控制律参数，不仅成本高，而且危险系数大。
　　 论文建立了四轮飞机机体动力学数学模型、前后悬架模型、轮胎模型、刹车装置模型以及液压伺服阀模型。选择添加了平衡补偿调节单元的速度差加压力偏调算法作为测试用控制算法。采用MSC.ADAMS2005软件，以波音737-800的主要参数为依据，搭建了飞机的虚拟样机。利用FORTRAN语言设计了仿真软件与USB数据输出/采集卡的接口程序。最后，本文搭建了飞机刹车半实物仿真平台，通过USB数据输出/采集卡实现虚拟样机与具有自主知识产权的防滑控制盒进行数据交换，从而实现飞机的半实物仿真。
　　 半实物仿真结果表明，本文所建立的仿真模型能较真实、全面地模拟飞机刹车滑跑时的动态过程，可信度高，响应迅速，并能用图形方式显示该系统在真实过程条件下的各种特性。本文的半实物仿真平台为飞机防滑控制盒提供了良好的试验环境，对于飞机防滑刹车系统的设计和性能研究有着重要的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 飞机刹车系统发展简史

1.3 虚拟样机技术

1.3.1 虚拟样机技术概述

1.3.2 虚拟样机技术的应用

1.4 本文的研究内容与章节安排

第2章 飞机理论模型分析

2.1 坐标系及相互之间的转移矩阵

2.1.1 地面坐标系

2.1.2 机体坐标系

2.1.3 速度坐标系

2.1.4 稳定坐标系

2.1.5 各坐标系之间的坐标转换矩阵

2.1.6 各坐标系之间的姿态角速度转换矩阵

2.2 飞机机体数学模型

2.2.1 动力学方程

2.2.2 飞机受力分析

2.2.2 运动学方程

2.3 缓冲器模型

2.4 轮胎模型

2.4.1 TYDEX车轮坐标系

2.4.2 UA轮胎模型的参数

2.4.3 结合系数与滑移率的关系

2.4.4 UA轮胎模型的各作用力和力矩

2.5 刹车装置模型

2.6 液压伺服阀模型

2.7 防滑刹车控制律选择

2.7.1 速度差加压力偏调控制律实现原理

2.7.2 平衡补偿调节单元添加

2.7 本章小结

第3章 基于虚拟样机技术的飞机仿真建模

3.1 MSC.ADAMS软件概述

3.2 MSC.ADAMS软件仿真算法

3.2.1 MSC.ADAMS软件仿真算法的基本理论

3.2.2 MSC.ADAMS软件仿真算法的分析与选择

3.3 虚拟样机实现

3.3.1 模板建模过程

3.3.2 机身子系统

3.3.2 起落架悬挂子系统

3.3.3 机轮子系统

3.3.4 主机轮刹车装置子系统

3.3.5 关于通讯器

3.3.6 飞机整机装配

3.4 在虚拟样机中添加控制算法

3.4.1 建立控制算法与刹车装置模型的接口

3.4.2 定制窗口

3.5 道路模型

3.6 虚拟样机全仿真结果与分析

3.7 本章小结

第4章 飞机刹车半实物仿真验证

4.1 数字式防滑刹车控制盒

4.2 USB数据输出/采集卡

4.2.1 模拟输入模块

4.2.2 定时电路模块

4.2.3 开关量输出电路模块

4.2.4 USB数据输出/采集卡与飞机模型接口

4.3 半实物仿真平台实现

4.4 半实物仿真结果与分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢