题目：多轮多支柱飞机起降动力学 建模关键技术研究

飞机起降动力学模型是飞行仿真模拟器和飞机半物理仿真试验平台中数学模型的重要组成部分，主要包括飞机机体六自由度数学模型、气动力数学模型、起落架缓冲系统数学模型、飞机前轮转弯系统数学模型、防滑刹车系统数学模型和操纵控制数学模型等。以多轮多支柱起落架飞机为对象探讨飞机起降动力学模型的建立方法，对于目前国家大型飞机研制过程中的半物理仿真需要，有重要的意义。

目前国内飞机半物理仿真平台所使用的飞行仿真程序中的飞机起降动力学数学模型多是对起落架系统和操纵系统等做了简化处理的前三点支柱式起落架结构，而对于多轮多支柱式大型飞机起降动力学模型研究较少。同时，以往建立的飞机起降动力学模型较多是从纯粹解析力学角度建立，而对半物理仿真平台所关心的模型复杂度与解算时间的权衡问题的研究关注较少。

针对上述问题，本文在充分分析了飞机起降动力学建模方法的基础上，同时结合实际项目需要，在对缓冲系统简化为弹簧阻尼单元以及忽略起落架结构件之间约束的前提下，采用更为直观的质点矢量力学分析方法，推导了支柱式起落架和摇臂式起落架着陆动力学计算模型，以及飞机地面运动六自由度动力学模型。相比于解析方法涉及较多的高阶方程，本方法所建立的飞机机体和起落架模型能较好的满足实时仿真要求。

缓冲系统包括缓冲器和轮胎是起落架的必备部件，是飞机着陆和地面操纵过程中冲击载荷的主要能量耗散部件，过于简化的缓冲系统数学模型对于飞机动力学分析较为不利，本文在综合考虑缓冲系统模型复杂度和解算速度的情况下，重点针对轮胎，采用矢量法分析其在路面运动过程中的变形机理，结合经验公式“Magic Formula”建立了相应数学模型。

前轮转弯操纵是飞机地面运动的主要控制部分。本文通过对飞机地面操纵运动学和动力学分析，首先，讨论了影响飞机地面操纵稳定性的因素。然后，对飞机前轮转弯结构和液压系统进行了分析，针对前轮减摆和主动转弯两种状态，建立了系统的线性化方程。最后，借助于液压仿真软件AMESim，建立了前轮转弯系统仿真模型。

基于所推导的飞机机体六自由度模型、起落架力计算模型、缓冲系统和前轮操纵系统模型等，本文在Matlab/Simulink软件环境下建立了一体化的飞机起降动力学仿真模型。分别对飞机对称着陆、非对称着陆、起落架故障情况下的着陆以及地面操纵运动，进行了仿真，其结果表明，所建立的数学模型的有效性、合理性和实用性，而且，1ms的仿真步长完全满足半物理实时仿真平台的需要。另外，为了实现系统更好的实时测试需求，本文建立了一套半物理实时仿真平台，从硬件方面介绍了系统组成。同时考虑到飞机运动状态的可视化，基于FlightGear软件平台开发了可以和Matlab/Simulink软件实时信息交互的视景显示模块。

最后，对飞机起落架在附加主起落架主动转弯控制的飞机地面操纵特性进行了分析研究，另外，针对飞机地面牵引问题，考虑到环保、能耗和操纵方便性，提出了一种绿色牵引操纵方案。