湿滑道面飞机牵引滑行系统纵向动力学建模与制动性能

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29779

Abstract

Abstract:

Aircraft apron ground operation involves three cases： low-speed （less than 6 kn）， middle-speed （6–14 kn）， and high-speed （more than 14 kn）（1 kn=1.852 km/h）. Compared to the traditional low-speed aircraft towing operation， the traction velocity in the new-generation towbarless aircraft taxiing mode can reach 40 km/h. In this case， wet roads have a significant influence on the braking performance of the Towbarless Aircraft Taxiing System （TLATS）. The “pseudo” flow dynamic pressure bearing effect is used as equivalent interaction among the tire， water film and road， and an advanced LuGre tire hydroplaning dynamic model is developed by combining the arbitrary pressure distribution function. The wet road tire adhesion experiments are conducted for a specific tire of the AM210 Towbarless Towing Vehicle （TLTV）， and the LuGre tire hydrodynamic model parameters are identified based on the experimental results. A co-simulation dynamic model of the LuGre tire hydrodynamic model in MATLAB/Simulink and the TLATS in Adams/View is established. Employing the same fuzzy PID optimal slip rate control method and considering the rough road vibration excitation， the braking performance of the TLATS under wet road conditions with those under dry road conditions is compared. Results show that the vertical tire dynamic load under wet road conditions is smaller than that under dry road conditions， and the tire grip performance decreases with increase in the water film thickness. The braking distances for class A and class C roads with 1 mm water film thickness increase by 30.9% and 31.3%， respectively， compared to that under dry rough roads with an initial braking speed of 40 km/h. The braking distances of 1 mm water film thickness increase by 2.7% and 2.5%， respectively compared to that of 0.5 mm water film thickness under corresponding working conditions. The results could provide a theoretical basis for accurate prediction of safe braking distances on wet roads in aircraft towing operations.

Key words: Towbarless Aircraft Taxiing System (TLATS), Towbarless Towing Vechicle (TLTV), wet road, tire dynamic model, braking dynamics

CLC Number:

V351.34

Hengjia ZHU, Kai QI, Liwen WANG, Wei ZHANG. Longitudinal dynamics modeling and braking performance of towbarless aircraft taxiing system on wet roads[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(16): 229779-229779.

Figures/Tables 24

Fig.1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Table 1

Advanced LuGre tire model parameters

轮胎模型参数	数值
鬃毛刚度系数 $σ 0$	138
鬃毛相对黏性阻尼系数 $σ 2$	0.001
库仑摩擦系数 $μ c$	0.456
静摩擦系数 $μ s$	1.4
Stribeck速度 $v s$	5
温度系数 $k$	0.1
0.5 mm水膜厚度路面 $h 0$ /mm	0.005
1 mm水膜厚度路面 $h 0$ /mm	0.005 3

Table 1

Fig.7

Table 2

Fig.8

Fig.9

Table 3

Fig.10

Fig.11

Fig.12

Fig.13

Table 4

Fuzzy rules for output variables

变量	$e c$	$e$
变量	$e c$	NB	NM	NS	ZO	PS	PM	PB
$k p$	NB	PB	PB	PB	PM	PS	ZO	ZO
	NM	PB	PB	PM	PS	PS	ZO	NS
	NS	PS	PB	PS	PS	ZO	NS	NS
	ZO	PS	PM	PS	ZO	NS	NM	NS
	PS	PS	PS	ZO	NS	NS	NB	NS
	PM	PS	ZO	NS	NS	NM	NB	NB
	PB	ZO	ZO	NS	NM	NB	NB	NB
$k i$	NB	NB	NB	NM	NM	NS	ZO	ZO
	NM	NB	NB	NM	NS	NS	ZO	PS
	NS	NB	NM	NS	NS	ZO	PS	PS
	ZO	NM	NM	NS	ZO	PS	PM	PM
	PS	NM	NS	ZO	PS	PS	PM	PB
	PM	ZO	ZO	PS	PS	PM	PB	PB
	PB	ZO	ZO	PS	PM	PM	PB	PB
$k d$	NB	PS	NS	NB	NB	NB	NM	PS
	NM	PS	NS	NM	NM	NM	NS	ZO
	NS	ZO	NS	NS	NS	NS	NS	ZO
	ZO	ZO	NS	NS	NS	NS	NS	ZO
	PS	ZO	ZO	ZO	ZO	ZO	ZO	ZO
	PM	PB	NS	PS	PS	PS	PS	PB
	PB	PB	PM	PM	PM	PS	PS	PB

Table 4

Fig.14

Fig.15

Fig.16

Fig.17

Table 5

Table 6

Fig.18

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评价指标	干燥路面			0.5 mm水膜厚度路面			1 mm水膜厚度路面
评价指标	试验	模型	相对误差/%	试验	模型	相对误差/%	试验	模型	相对误差/%
摩擦系数峰值	0.826	0.817	1.10	0.643	0.642	0.16	0.627	0.626	0.16
摩擦系数均方根	0.581	0.609	4.60	0.419	0.421	0.48	0.418	0.417	0.24

模型参数	数值
飞机质量/（10 ⁴ kg）	6.0
飞机牵引车质量/（10 ⁴ kg）	1.3
飞机质心处转动惯量/（10 ⁶ kg·m ²）	4.7
牵引车质心处转动惯量/（10 ⁴ kg·m ²）	5.4
前车轴与牵引车质心距离/m	0.5
前机轮轮心与牵引车质心距离/m	2
前机轮轮心与后车轴距离/m	1.5
前机轮轮心与飞机质心距离/m	15
主机轮轮心与飞机质心距离/m	1
后车轴与牵引车质心距离/m	3.5
前起落架等效刚度系数/（10 ⁵ N·m ^-1）	2
前起落架等效阻尼系数/（10 ⁴ N·s·m ^-1）	1
主起落架等效刚度系数/（10 ⁶ N·m ^-1）	1
主起落架等效阻尼系数/（10 ⁴ N·s·m ^-1）	4

道面等级	初始速度/ （km·h ^-1）	加速度/（m·s ^-2）			制动距离/m			1 mm水膜厚度道面和干燥道面相对误差/%	1 mm水膜厚度道面和0.5 mm水膜厚度道面相对误差/%
道面等级	初始速度/ （km·h ^-1）	干燥道面	0.5 mm水膜厚度道面	1 mm水膜厚度道面	干燥道面	0.5 mm水膜厚度道面	1 mm水膜厚度道面	1 mm水膜厚度道面和干燥道面相对误差/%	1 mm水膜厚度道面和0.5 mm水膜厚度道面相对误差/%
A	10	1.88	1.48	1.44	2.06	2.62	2.69	30.6	2.7
A	40	1.90	1.49	1.45	32.25	41.12	42.22	30.9	2.7
C	40	1.85	1.43	1.39	35.51	45.51	46.64	31.3	2.5

Longitudinal dynamics modeling and braking performance of towbarless aircraft taxiing system on wet roads

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