一种航空轮胎试验能量控制方法及系统与流程

本发明涉及能量控制，具体是一种航空轮胎试验能量控制方法及系统。

背景技术：

1、在模拟飞机着陆的实验中，需要按照实验标准来对飞机轮胎施加载荷，并模拟飞机的刹车过程，以使得飞机轮胎的吸收能量达到预设值。

2、但是现有的模拟过程中，一般是采用固定质量的飞轮来驱动轮胎，并在每次着陆实验中，计算轮胎接触飞轮的时间来确定吸收能量，这种实验方式无法直接计算轮胎的吸收能量，实验精度较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种航空轮胎试验能量控制方法及系统，以解决现有技术中轮胎吸收能量实验精度较差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明的一种航空轮胎试验能量控制方法，包括步骤：

4、将用于驱动航空轮胎的转鼓加速到着陆速度，并获取转鼓的初始转动能量，其中，所述初始转动能量为所述转鼓被加速至着陆速度时对应的能量，所述转鼓由电机驱动；

5、向所述航空轮胎施加径向的载荷，并基于所述载荷、惯量模拟以及制动器对所述航空轮胎进行着陆减速模拟，其中，所述制动器用于对所述航空轮胎进行制动；

6、实时计算所述航空轮胎在着陆减速模拟过程中的电机能量、制动器吸收能量以及转鼓剩余能量；

7、基于所述初始转动能量、所述电机能量、所述制动器吸收能量以及所述转鼓剩余能量实时计算所述航空轮胎的吸收能量实测值，基于所述吸收能量实测值以及预先构建的目标曲线对所述电机的出力进行闭环反馈调节，以降低所述吸收能量实测值与目标值的偏差，其中，所述目标曲线表征了实验时间的能量吸收的目标值。

8、在本技术一实施例中，基于所述吸收能量实测值以及预先构建的目标曲线对所述电机的出力进行闭环反馈调节，包括：

9、s1，获取当前时间点的航空轮胎的吸收能量的实测值以及目标值，其中，所述目标值从所述目标曲线中确定；

10、s2，计算所述航空轮胎的吸收能量的实测值以及目标值的偏差；

11、s3，基于所述偏差调节所述电机在下一个时间点的出力，以减小下一个时间点的偏差值；

12、s4，在调节完成时，将下一个时间点作为当前时间点，并回到步骤s1，直至在所有时间点完成对所述电机的调节。

13、在本技术一实施例中，基于所述载荷、惯量模拟以及制动器对所述航空轮胎进行着陆减速模拟，包括：

14、获取航空器平动部分等效到所述航空轮胎上的转动惯量、所有航空轮胎的实测力矩之和、所述航空轮胎与所述转鼓之间的速比、电机的输出扭矩以及总摩擦力矩；

15、基于航空器平动部分等效到所述航空轮胎上的转动惯量、所述航空轮胎的实测力矩、所述航空轮胎与所述转鼓之间的速比、电机的输出扭矩以及总摩擦力矩tf计算所述航空轮胎的角减速度；

16、基于所述角减速度控制所述电机，并基于所述制动器对所述航空轮胎进行制动，以及施加载荷至所述航空轮胎，以进行着陆减速模拟。

17、在本技术一实施例中，获取用于驱动航空轮胎的转鼓的初始转动能量，包括：

18、测量所述转鼓被加速至着陆速度过程中的扭矩；

19、选取所述转鼓加速至着陆速度过程中的扭矩恒定部分，并基于所述扭矩恒定部分的扭矩、所述扭矩恒定部分的起点速度、所述扭矩恒定部分的终点速度、所述转鼓的直径以及所述扭矩恒定部分的时长计算所述转鼓的惯量，其中，所述转鼓的惯量的数学表达式为：

20、

21、式中，j为所述转鼓的惯量，t为所述扭矩恒定部分的扭矩，r为所述转鼓的半径，vb为所述扭矩恒定部分的起点速度，ve为所述扭矩恒定部分的终点速度，tbe为所述扭矩恒定部分的时长；

22、基于所述转鼓的惯量j和着陆速度对应的转鼓角速度计算所述转鼓的初始转动能量，其中，所述转鼓的初始转动能量的数学表达式为：

23、

24、式中，e0为所述转鼓的初始转动能量，ω为着陆速度对应的转鼓角速度。

25、在本技术一实施例中，所述制动器吸收能量的数学表达式为：

26、

27、所述电机能量的数学表达式为：

28、

29、所述转鼓剩余能量的数学表达式为：

30、

31、式中，e1为制动器吸收能量，e2为电机能量，e4为转鼓余能量，t1为制动器对航空轮胎进行制动时产生的扭矩，t2为转鼓在时间t内从角速度ω变化到角速度ω1过程中产生的扭矩。

32、在本技术一实施例中，所述航空轮胎的吸收能量的数学表达式为：

33、

34、式中，e3为航空轮胎的吸收能量。

35、在本技术一实施例中，在所述转鼓的着陆速度大于预设的速度阈值时，所述预设阈值为44％ek；在所述转鼓的着陆速度小于或者等于预设的速度阈值时，所述预设阈值为56％ek，其中，ek＝49.6×lr，lr为载荷。

36、在本技术一实施例中，所述角减速度的数学表达式为：

37、α＝[tme×i-tf]/(jt-jm)

38、式中，α为角减速度，tme为所有航空轮胎的实测力矩之和，i为所述航空轮胎与所述转鼓之间的速比，tf为总摩擦力矩，jt为航空器平动部分等效到所述航空轮胎上的转动惯量，jm为等效机械惯量。

39、在本技术一实施例中，基于所述角减速度控制所述电机，包括：

40、获取所有航空轮胎的总制动力矩；

41、基于所述总制动力矩以及所述航空器平动部分等效到所述航空轮胎上的转动惯量计算当前的航空轮胎的角减速度α'；所述当前的航空轮胎的角减速度α'的数学表达式为：

42、α'＝tb/jt

43、式中，tb为总制动力矩，jt为所述航空器平动部分等效到所述航空轮胎上的转动惯量；

44、基于当前的航空轮胎的角减速度α'和所述总制动力矩计算初始驱动电流值；

45、判断所述当前的航空轮胎的角减速度α'与所述航空轮胎的角减速度α是否存在偏差，若否，则将所述初始驱动电流值作为驱动电流值，若是，基于所述当前的航空轮胎的角减速度α'与所述航空轮胎的角减速度α的偏差对所述初始驱动电流值进行补偿，得到驱动电流值；

46、基于所述驱动值驱动电机，以使得下个时间点的航空轮胎的角减速度α'与所述航空轮胎的角减速度α更接近。

47、本技术还提供一种航空轮胎试验能量控制系统，包括：

48、获取模块，用于将用于驱动航空轮胎的转鼓加速到着陆速度，并获取转鼓的初始转动能量，其中，所述初始转动能量为所述转鼓被加速至着陆速度时对应的能量，所述转鼓由电机驱动；

49、第一控制模块，用于向所述航空轮胎施加径向的载荷，并基于所述载荷、惯量模拟以及制动器对所述航空轮胎进行着陆减速模拟，其中，所述制动器用于对所述航空轮胎进行制动；

50、计算模块，用于实时计算所述航空轮胎在着陆减速模拟过程中的电机能量、制动器吸收能量以及转鼓剩余能量；

51、第二控制模块，用于基于所述初始转动能量、所述电机能量、所述制动器吸收能量以及所述转鼓剩余能量实时计算所述航空轮胎的吸收能量实测值，基于所述吸收能量实测值以及预先构建的目标曲线对所述电机的出力进行闭环反馈调节，以降低所述吸收能量实测值与目标值的偏差，其中，所述目标曲线表征了实验时间的能量吸收的目标值。

52、本发明的有益效果是：本发明的一种航空轮胎试验能量控制方法及系统，为了解决现有技术中轮胎吸收能量实验精度较差的问题，向速度达到着陆速度的航空轮胎施加径向的载荷，并基于载荷、惯量模拟以及制动器对航空轮胎进行着陆减速模拟；实时计算航空轮胎在着陆减速模拟过程中的电机能量、制动器吸收能量以及转鼓剩余能量；基于初始转动能量、电机能量、制动器吸收能量以及转鼓剩余能量实时计算航空轮胎的吸收能量实测值，基于吸收能量实测值以及预先构建的目标曲线对电机的出力进行闭环反馈调节，以降低吸收能量实测值与目标值的偏差，本技术使得实验控制过程更加精准，能够精确贴合目标曲线。