автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Обоснование модели взаимодействия шасси воздушных судов с грунтовой поверхностью при проектировании аэродромов

Р Г 5 О Л На правах рукописи

САЛЕС МУХАМЕД МАНСУР

ОБОСНОВАНИЕ МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ШАССИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ С ГРУНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АЭРОДРОМОВ

(Специальность 05.23.11. Строительство автомобильных дорог и аэродромов)

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена на кафедре "Аэропорты и конструкции" Московского государственного автомобильно-дорожного института (технического университета)

Научный руководитель - доктор технических наук.

профессор ' Тригони В.Е.

Л

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Баловнев В.И.

- кандидат технических наук старший научный сотрудник Чернигов В. А.

Ведущая организация - ГПИ и НИИ ГА "Аэропроект"

Заищта диссертации состоится " ¥ " 1 1995

г. в " 'О " часов на заседании диссертационного Совета Д.053.30.01 ВАК РФ при Московском государственном автомобильно-дорожном институте {техническом университете) по адресу: 125829, Москва, ГСП-47, Ленинградский пр., 64 ауд. ¿Д.

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного автомобильно-дорожного института (технического университета)

Автореферат разослан "__1995 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Ситников Ю. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время при проектировании вертикальной планировки грунтовой поверхности аэродрома руководствуются требованиями и нормами, обеспечивающими два основных направления: безопасность выполнения взлетно-посадочных операций и беспрепятственный сток воды. Причем, поверхность грунтового летного поля, идеальная с точки зрения удобства и безопасности выполнения взлетно-посадочных операций, не будет удовлетворять требованиям водоотвода и наоборот. Кроме того, при проектировании геометрического очертания поверхности летного поля необходимо по возможности сохранить очертание естественной поверхности для получения минимальных объемов земляных работ.

Однако, как показывает практика эксплуатации, многие самолеты совершают как плановые, так и внештатные операции на участках грунтовых летных полос, поэтому при решении задачи вертикальной планировки следует учитывать особенности эксплуатации самолетов на грунтовых элементах.

Вышеизложенное делает задачу автоматизированного проектирования вертикальной планировки с учетом особенностей движения опоры самолета по грунту особенно актуальной в настоящее время.

Целью диссертационной работы является разработка комплексной модели взаимодействия шасси самолета и грунтовой поверхности аэродрома и определение ее основных характеристик, на основании которых обосновать систему оптимального проектирования поверхности грунтовых площадей летного поля на ПЭВМ.

Научную новизну работы составляют метод автоматизированного проектирования поверхности летного поля с учетом характеристик опоры самолета, математические модели опоры самолета и грунтовых элементов летного поля, экспериментальное определение основных параметров моделей и программная система автоматизированного проектирования продольных профилей вертикальной планировки аэродрома.

На защиту выносятся:

- математические модели опоры самолетов и методы определения их основных характеристик;

- математические модели грунтов с учетом их упруговязких и пластических свойств;

- метод проектирования продольного профиля грунтовой поверхности аэродрома, основанный на методе динамического и па-раметрическо-каркасного моделирования;

- результаты экспериментальных исследований моделируемых параметров грунтов, используемых в математических моделях опор самолетов;

- алгоритмы и программы для ПЭВМ по проектированию продольного профиля.

Практическая ценность полученного метода автоматизированного проектирования вертикальной планировки и разработанной системы для ПЭВМ заключается в возможности проектирования поверхности грунтовых элементов аэродромов с минимальным участием субъективных факторов человека, получением решений оптимальных по множеству параметров и экономии средств при строительстве аэродромов по предлагаемым решениям.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на заседаниях кафедры "Аэропорты и конструкции".

Реализация работы: результаты выполненной работы приняты НИПТИ "СТРОЙИНДУСТРИЯ" для использования в нормативных документах.

Публикации. По теме диссертации опубликована одна статья.

Объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, включающего 88 наименований, и 1 приложения; содержит 20Е> страниц, в том числе 15S страницы машинописного текста, 63 рисунка и 11 таблиц, ^ страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе изложены обзор научных работ в области решения задач взаимодействия самолетов с поверхностями аэродромов и выполнен анализ результатов исследований и методов расчета динамического взаимодействия шасси самолета с грунтовой поверхностью аэродромов. Было установлено, что современные требования к проектированию рельефа грунтовой поверхности аэродрома предусматривают в основном обеспечение водоотвода и

потребной взлетно-посадочной дистанции, практически полностью игнорируя вертикальные динамические нагрузки на самолет при движении по грунтовой части летного поля.

Известно достаточно большое количество работ в области исследования динамического взаимодействия в системе "самолет-аэродром". Существенный вклад в теорию решения данной задачи внесли работы В.Ф. Бабкова, Н.Н. Ермолаева, Г.И. Глушко-ва, А.И. Макаревского, Хоуболта. Най С. Янга и других авторов. Однако абсолютное большинство работ выполнено в постановке, при которой поверхность аэродрома представляет собой абсолютно жесткое недеформирующееся сооружение. Такой подход несомненно оправдан при решении задачи о движении самолета по жесткому покрытию аэродрома, но применение его к поставленной задаче приведет к неверным результатам при отсутствии учета деформации грунта.

Созданный к настоящему времени математический аппарат и полученные экспериментальные характеристики грунтов достаточны для того, чтобы решить задачу о взаимодействии опоры самолета с грунтовой поверхностью аэродрома, на основании которой можно не только исследовать вопросы движения самолета по грунтовым площадям, но и создать систему, позволяющую проектировать оптимальную грунтовую поверхность, с учетом требований уже известных критериев водоотвода и размеров взлетно-посадочных дистанций, но и по реакции воздействия грунта на опору самолета на базе современных программно-технических средств и ПЭВМ.

В заключении главы обоснован подход к решению поставленной задачи, а также сформулированы цели и задачи дальнейших исследований.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию математической модели взаимодействия колесной опоры самолета с грунтовой поверхностью аэродрома. В главе рассмотрены две задачи: моделирование поверхности грунтовых элементов аэродрома и обоснование математической модели опоры самолета. При решении первой задачи принято, что первичной абстракцией неровностей летного поля аэродрома является ее поверхность, при этом конкретный участок поверхности летного поля можно считать реализацией случайной поверхности. Совокупность таких реализаций представляет собой рельеф летного поля аэродрома, который является наиболее общей моделью неровностей поверхности аэродро-

ма, но может быть дополнен прочностными характеристиками грунта.

Рельеф поверхности летного поля аэродрома можно приближенно представить как совокупность параллельных сечений, достаточно близко расположенных между собой. Рельеф и профиль аэродрома обычно представляются в виде функции расстояния, при этом рельеф представляют в виде однородного изотропного нормального двумерного случайного поля или его простейших преобразований, а профиль - в виде регулярного нормального стационарного случайного процесса.

При исследовании параметров колебаний модели самолета при движении его по поверхности аэродрома рассматриваются четыре симметричных параллельных сечения для самолетов, имеющих две главные опоры и шесть параллельных сечений для самолетов, имеющих три главных опоры (ИЛ-86). Таким образом, каждое сечение будет соответствовать следу ряда колес в тележке опоры. Используя симметрию расположения опор и колес на опоре, можно определить функцию, преобразующую независимые сигналы в микропрофиль по четырем колеям, соответствующим следу ряда колес опоры.

При исследовании моделей взаимодействия самолета с поверхностью аэродрома основной статистической характеристикой микропрофиля однородного участка является его спектральная плотность или корреляционная функция.

Поскольку спектральные плотности микропрофиля по обеим колеям практически совпадают, целесообразно проводить оценку спектральных плотностей полусуммы и полуразности микропрофилей. Вместо аппроксимации взаимной спектральной плотности значительно удобнее проводить аппроксимацию коэффициента корреляции по частотам р(ш).

В главе приведены оценки спектральных плотностей и корреляционных функций практически для всех возможных случаев поверхности летного поля аэродрома.

При решении второй задачи рассмотрены основные принципы построения математических моделей динамического взаимодействия колесной опоры самолета с грунтовой поверхностью аэродрома.

Исследование и расчеты на ЭВМ задачи определения параметров колебаний модели самолета выполнены на основе его упрощенной схемы, которая отражает с некоторыми допущениями особен-

ности конструкции опоры самолета и взаимодействие ее основных частей. Причем, исследование только низкочастотного диапазона позволяет существенно упростить расчетную схему и представить опору самолета в виде динамической системы, состоящей в виде динамических масс, соединенных безынерционными упругими и демпфирующими элементами. В работе рассмотрены несколько принципиально возможных математических моделей опоры самолетов (рис.1), найдены дифференциальные уравнения их динамического равновесия, а также определены условия их применения при моделировании.

В третьей главе выполнено исследование принятой модели взаимодействия колесного шасси с грунтовой поверхностью в линейной и нелинейной постановке. Основное соотношение спектральной теории стационарных случайных процессов связывает спектральную плотность дисперсий (спектр) выходного сигнала у и) стационарной линейной динамической системы со спектром ее входных сигналов х (Ю следующей зависимостью (система имеет один вход и один выход):

Бу(ш) = Бх(со) |Нух(1ш)|г, (1)

где Б (ш) - спектр сигнала уШ;

Б (ш) - спектр сигнала х(г);

Н (1ш) - частотная характеристика системы.

Обычно при анализе динамических систем целесообразно рассматривать спектры, так как они позволяют более полно судить о свойствах системы.

Дисперсия сигнала может быть вычислена по формуле 1

Б = И (0) = у у 271

Бу (о>)йш , (2)

где - корреляционная функция.

Таким образом, для вычисления указанных выше характеристик выходных сигналов линейной системы надо знать ее частотные характеристики и спектры входных сигналов. Для модели самолета входными сигналами являются ординаты микропрофиля поверхности аэродрома.

Частотные характеристики могут быть получены непосредственно по дифференциальным уравнениям системы. Формально для этого необходимо записать их в операторной форме, вводя оператор дифференцирования р=с1/сИ;, принять все входные сигналы,

- б -

Двухмассовая модель опоры самолета.

Двухмассовая балансирная модель опоры самолета.

Рис.1. Варианты математических моделей опор самолетов: в,г - пространственные модели опор самолетов.

кроме х(у) равными нулю, и разрешить полученную систему алгебраических уравнений относительно изображения искомого выходного сигнала у (Ъ). Результатом этих операций будет передаточная функция системы. Заменяя в ней оператор р на комплексную переменную 1ш. получим частотную характеристику Нух(1ш). В работе определены выражения передаточных функций и частотных характеристик для всех разработанных математических моделей в виде дробно-рациональных функций.

Для линейной системы определение дисперсий подрессоренных и неподрессоренных масс позволяет определить вертикальные силы, действующие от микропрофиля поверхности аэродрома на элементы модели аэродрома. Так, нагрузка, действующая на колесо модели самолета, может быть определена по следующей формуле Г = 3^ С , (3)

Ш ' 111 ш

где Г - динамическая нагрузка, действующая на колесо модели самолета;

Ббш - дисперсия обжатия пневматика колеса самолета; Сш - жесткость пневматика колеса самолета.

Нагрузка, действующая на самолет от амортизационной стойки. будет равна

= З^ГаСа + 31/БбХ. (4)

где Са и Еа - суммарные соответственно жесткость и демпфирование амортизационной стойки шасси модели самолета по случайному профилю (микропрофилю).

Для того, чтобы учесть эффекты нелинейности деформирования обычно применяют методы статистической линеаризации.

В данной задаче основным требованием было принято условие, чтобы дисперсия разности между входными сигналами в линейном и эквивалентном ему нелинейном элементе была минимальной. Это позволяет получить сравнительно простые формулы, при использовании которых результаты расчетов параметров колебаний удовлетворительно согласуются с картиной реальных параметров.

При принятых расчетных схемах колебаний модели самолета выражение для полной силы в амортизационной стойке может быть записано следующим образом

Р(х,х') = Г1 (х)+Г2 (х) , (5)

где Е (х) - сила в упругом элементе, зависящая только от его

деформации; Г£(х) - сила в демпфирующем элементе, зависящая только от скорости деформации упругого элемента.

Если нелинейным элементом математической модели самолета считать только демпфирующий элемент амортизационной стойки, то Сш=Сопзг; Са=Сопз1; 1?ш=Сопз1 и Еа=Еа(5а). Тогда характеристика амортизационной стойки будет записана в виде

( Т * + г, 6 при 0 < 6 < <» р = о 1 а (6)

аГ V -Ро*+ Г2ба При -со < 6 < 0 .

где Еаг - вертикальное усилие в амортизационной стойке; г, и Г2 - тангенсы наклона линеаризированной кривой деформации амортизационной стойки шасси.

Данные системы уравнений позволяют определить коэффициенты статистической линеаризации, средние квадратические значения и математические ожидания деформаций упругих элементов и средние квадратические значения скоростей их деформаций.

При интегрировании систем дифференциальных уравнений численными методами нелинейные характеристики амортизаторов были заданы в виде функций, удовлетворительно аппроксимирующих кривые обжатия нелинейного элемента модели самолета.

В заключении главы определены основные значения параметров моделей опоры для основных типов самолетов ГА и построены графики передаточных функций, частотных и фазовых характеристик.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям и разработке математической модели грунтовых элементов летного поля аэродрома. При решении данной проблемы рассмотрены две следующие задачи:

- определение статистических оценок геометрических характеристик поверхности грунтовой части летного поля;

- определение характеристик механических деформаций грунтовых элементов летного поля при статических и динамических нагрузках, а также параметров математической модели грунта.

Исследование данной проблемы позволит разработать комплексную модель взаимодействия опоры самолета с грунтовой поверхностью летного поля, а также определить какие особенности данной модели должны быть использованы при разработке системы автоматизированного проектирования грунтовых элементов летного поля.

Статистические характеристики микропрофиля, как нормаль-

ного стационарного и случайного процесса, полностью исчерпываются оценками спектральной плотностью или корреляционной функции. Для определения оценки корреляционной функции использовалась следующая зависимость: Т-т

1

Н(т)

q(t+t)q(t)dt - М2, (7)

Т-т

О

где т - интервал корреляции;

Т - длина реализации микропрофиля; М - оценка математического ожидания микропрофиля. Для обоснованной оценки характеристик поверхности аэродрома был использован непосредственный метод сложного коротко-шагового геометрического нивелирования.

Для выполнения непараметрической оценки спектральной плотности необходимо аппроксимировать корреляционную функцию R(x). Наиболее удобно использовать аппроксимирующее выражение для корреляционной функции в виде комбинации экспонент:

-а|т| , , 2 -ßlth R(t) = D0 е - aIтi е , (8)

где D0 - оценка дисперсии микропрофиля; а, а, ß - параметры аппроксимации.

Аппроксимацию выполняли методом наименьших квадратов. Условие аппроксимации было принято в виде:

N г 12

ф = Z [R31 - R(tt) J —> Min, (9)

где R - значение корреляционной функции, определенное по результатам геометрического нивелирования;

R(t )- теоретическое значение корреляционной функции; N - количество точек аппроксимации, определяемое для 1/10

части длины реализации. В результате данного подхода получено аналитическое выражение для корреляционной функции и. используя выкладки главы 2, установлено выражение для спектральной плотности по преобразованию Фурье:

S(rn) = D0

-ос | т | 2 -ßlth —1шт

е - а|т| е е dT=

г а (Зшг-р2) 1

= 2°0 —ГТ - 2ар—Г"Т~з • 01- ш2+а2 (Р2+ш2)3 ]

При решении второй части задачи был проведен эксперимент по испытанию грунтов статическими нагрузками в грунтовом лотке экспериментального стенда ПГС-100-2. По данным эксперимента были определены основные характеристики грунтов: коэффициенты постели, модули упругости и деформации. Для более полного представления о работе грунта под колесной нагрузкой были выполнены также экспериментальные исследования грунтов кратковременными и динамическими нагрузками при помощи электромагнитной, динамической установки.

Необходимое количество опытов в зависимости от показателя точности проводимых исследований и показателя достоверности определялось по методам обработки пассивного однофакторного эксперимента.

В результате проведенного эксперимента были получены следующие оценки (табл.1):

Таблица 1

Статистические оценки исследуемых грунтов

Наименование оценки Номер вариационного ряда

1 2 3 4

Математическое ожидание, мм 0.689 0.565 0.394 0.325

Дисперсия, мм2 0.0056 0. 0026 0. 0012 0. 0009

Среднеквадратичес-кое отклонение, мм 0.0747 0.0501 0.0345 0.0310

Коэффициент вариации 0. 108 0.090 0.088 0.094

Коэффициент эксцесса 0.470 0.353 0.373 0.394

Коэффициент асимметрии -0.340 -0. 377 -0.367 -0.365

Требуемое количество испытаний 35 24 23 27

При решении задачи построения механической модели грунта, позволяющей получать требуемые характеристики для произвольного закона нагружения и разгружения, была принята следующая модель грунта - несколько параллельно соединенных элементов,

каждый из которых представляет идеально упругий элемент и жестко-пластичный элемент в виде площадки с постоянным трением. Данная модель определяется следующими параметрами:

- число элементов п;

- шаг деформации, при котором происходит скольжение элементов при нагружении 5Н;

- коэффициент жесткости элементов при нагружении Сн;

- отношение коэффициентов жесткости при разгрузке и нагрузке е = Ср/Сн.

Шаг деформации, при котором происходит скольжение при

разгружении. может быть определен по формуле „ 5"

бр = - . (и)

е

Зависимости жесткости упругого элемента при нагружении и отношение коэффициентов жесткости при разгрузке и нагрузке от количества циклов нагружения представлены в следующем виде

' СНШ) = Сн(1- е-а01+Ь)); (12)

еДО) = 1 + е"с(Н+Ь}• (13)

где а,Ь,с - параметры аппроксимации.

Для того, чтобы распространить полученные экспериментальные результаты на любые случаи нагружения и типы грунтов элементов аэродрома, необходимо перейти от числа циклов нагружения N в формулах (17) - (18) к другому параметру, характеризующему предшествующую деформацию грунта. В качестве такого параметра можно принять суммарную площадь гистерезисных петель в предыдущих циклах. Эти площади связаны с работой, которая затрачена на пластическую деформацию грунта. В результате исследования установлено, что площади петель меняются незначительно, особенно при количестве циклов до 20, когда значения изменяются весьма интенсивно. При значении циклов более 20 параметры Сн, е практически перестают меняться и становятся постоянными. В результате анализа получено выражение вида

СНШ) = СН1 (1- ехр(-а(ОЕ/О0 + Ь))); (14)

е = 1+ ехр(-с(йз/йо + Ь)); (15)

где СН1 - жесткость упругого элемента при первом нагружении;

05 - суммарные площади всех петель во время предшествующей деформации;

- средняя площадь петли.

- 12 -

Результаты расчетов для одного из вариантов нагружения грунтов штампом приведены в табл.2.

Таблица 2

Параметры модели грунта

Номер цикла нагружения 1 2 3 4 5

Сн , Па/м 23800 •23800 23820 23900 24300

е 1.1325 1.1325 1. 13 1. 128 1.105

В результате испытаний было также подтверждено, что деформации поверхности грунта за пределами штампа очень быстро затухают, причем распространение деформаций зависит от характеристик грунта (его плотности и влажности), а также от диаметра штампа. Установлено, что чем плотнее грунт, тем больше зона распространения деформаций поверхности. Увеличение влажности грунтов уменьшает величину этой зоны. В очень влажных грунтах, что характерно для весеннего периода, деформации поверхности за пределами штампа практически отсутствуют. Уменьшение влажности грунтов, характерное для летних условий, приводит к увеличению зоны распространения деформаций поверхности.

В пятой главе выполнена разработка и реализация системы автоматизированного проектирования на ПЭВМ продольного профиля элементов аэродрома. В основу решения данной задачи положен метод, сущность которого состоит в следующем: по исходной поверхности "прокатывается" математическая модель некоторой динамической системы, траектория колебаний главной массы которой представляет собой проектную линию. Причем данная математическая модель может иметь настраиваемый характер не только на нормативные ограничения СНиП, но и на особенности конструкции шасси эксплуатируемых самолетов.

Задача автоматизированного проектирования продольного профиля элементов аэродрома заключается в необходимости построения математической модели, позволяющей в режиме диалога с ПЭВМ осуществлять построение проектной линии поверхности и выводить ее на графопостроитель. Полученная в результате автоматизированного проектирования проектная линия оптимизируется по

следующим группам критериев:

а) функциональным критериям, среди которых основополагающими являются требования безопасности взлетно-посадочных операций ( в соответствии с главой СНиП 2.05.08-85);

б) экономическим критериям.

Экономические критерии должны, в первую очередь, обеспечивать минимум объемов земляных работ при строительстве, а также баланс объемов работ по строительству выемок и насыпей.

Решение поставленной задачи сведено к построению оптимальной математической модели динамической системы, на вход которой подается фактический профиль поверхности земли, а на выходе образуется проектный профиль, удовлетворяющий основным функциональным критериям.

Иными словами, данная задача сводится к математической задаче с однозначным решением и состоит в отыскании преобразования Н. при котором случайный процесс у(и=Н*хи) обеспечивал бы минимум заданного функционала Г=Иу(Ш при условии, что заданные функционалы Ф1=Ф1[у(1;),х(Ш < Ы (где Ы - заданные числа-ограничения); стационарный случайный процесс считается определенным.

Для определенного класса функционалов Г и Ф1 процедура заключается в отыскании минимума функционала:

где СЦ - неопределенные множители Лагранжа.

Здесь использованы следующие величины: хШ - фактический профиль поверхности земли; Н - преобразование, осуществляемое моделью; уШ - проектный профиль; Г и Ф1 - функциональные критерии. Наилучшая модель (наилучшее преобразование Н) и соответствующий ей проектный профиль поверхности зависят от ряда критериев Г и Ф1, а также от величин Ы, являющихся ограничениями, и от характеристики хЦ). Пусть хи) -нормальный стационарный регулярный процесс, а критерии Ф1 и Г заданы в виде средних квадратов, тогда

к

ф=Г+ 161Ф1 - Ш1П,

(16)

1 = 1

т

í= I М{| В1*У(г)|г };

(17)

1 = 1

Ф1=м{| А1*утчи*хи)| 2 },

2

(18)

где В1, А1, - матрицы-строки линейных преобразований, а УШ - вектор-столбец случайного процесса.

Критерий плавности проектной линии задается как средний квадрат вертикального ускорения массы (в поставленной задаче -алгебраическая разность смежных уклонов):

Г=

1

2Ж 3

3»

|В+(»|2 К(3ш) сКЗш). (19)

где К(3ш) - спектральная плотность поверхности земли; ВСДсо) = (». 3=1^1.

Критерий Ф задается как средний квадрат перемещений массы М относительно фактического профиля земли. Ф ограничен сверху:

2

ф=м{| у(ъ)-хсг>| } < ь. (20)

Скорость движения модели V считается постоянной. Требуется найти передаточную характеристику модели ниш), такую, чтобы линейное преобразование

1

УШ = — 2 Ж

—со.

со

е * Ниш)*с1х(ш) (21)

обеспечивало бы минимум Г. Спектральная плотность фактической поверхности земли имеет вид К(ш)=С/ш2. Передаточная характеристика модели определяется по следующей формуле:

ш 2

Ниш) = -;---;- , (22)

(Зшг+ у2 шо0ш + ш *

где шо- неизвестная постоянная изопараметрической задачи (частота фильтра проектирования).

Основные характеристики математической модели проектирования для указанного выше вида спектра поверхности будут иметь вид:

С шп3

1 =--я- ■

2 ]/г

с з 1

1|> ---т=г — ; (23)

2 Шп

ЗС

ш = -—

0 г\/г\

Если спектр поверхности грунтовых участков имеет вид

К(ш)=С/ш4, то основные характеристики модели следующие:

/2(0 + ш„2 Н(3ш) = --5--- . (24)

(Лш)2+ |/?а> > + ш

2

С Зш0

2 2|/? С 3 1

2 2\/% ш. С 1

з'

о

шо =

2\Дк

Полученная на выходе разработанной модели проектная линия удовлетворяет практически всем функциональным критериям. Однако ее необходимо оптимизировать по экономическим критериям. Проще всего это достигается итерационным методом, обеспечивающим выбор оптимального положения проектной линии в декартовой системе координат.

Была рассмотрена также система с локационным устройством, которая вначале анализирует ординаты исходного профиля, а затем настраивается на его обработку. Применение подобной системы значительно осложняет задачу и требует значительного времени на обработку информации, поэтому данная схема может быть применена только в особых случаях проектирования рельефа. При проектировании пространственной картины рельефа был применен каркасно-параметрический метод конструирования поверхностей, который состоит в обобщенном виде из следующих частей:

1. Определение исходного множества Ие линий, из которых выделяется каркас.

2. Выбор геометрических условий, обеспечивающих наперед заданные требования.

3. Параметрическая оценка геометрических условий.

4. Составление закона каркаса.

5. Выявление принципиального определителя по закону каркаса.

- 16 -

6. Определение метода получения закона каркаса.

7. Реализация метода получения линии каркаса.

8. Воспроизведение линии в каком-либо виде.

Каркасно-параметрический метод задания и конструирования

поверхностей позволяет осуществлять переход от конструктивно-кинематического задания поверхностей к аналитическому.

Применительно к задаче автоматизированного проектирования вертикальной планировки аэродрома рассмотренный выше метод может быть применен следующим образом:

- проектирование оптимальных продольных профилей на прямых элементах аэродрома;

- установление закона каркаса для каждого элемента аэродрома в соответствие с действующими нормами, каркас будет представлять поперечные профили по элементам аэродрома;

- осуществление сопряжений пространственного каркаса с поверхностью существующего рельефа.

Предлагаемая система прикладных программ для проектирования построена в виде ряда следующих модулей:

1. Avtodor.exe. Представляет собой основное меню системы для выбора класса аэродромов и коррекции (при необходимости) основных нормативных требований действующих СНиП. Результатом работы Avtodor.exe является формирование двух основных файлов: Aclass.dat, в котором содержится индекс выбранного класса аэродрома, и Norm_ch.âat, в котором помещается основная нормативная информация. Оба эти файла являются исходными для следующего модуля системы.

Общая структурная схема взаимодействия основных блоков системы приведена на рис.2.

IAvtodor. exe Ь

i

i

—-1 i--1

Acias I INorm_ch| _i i_i

I Profil.exe[

DiurI—I

_I

Corrl

OptimH

i-1

H Profg. exel ,-,-,

г

Рис.2. Структурная схема системы PROFIL

- 17 -

Система программных средств включает следующие программы:

1) программу моделирования рельефа местности, позволяющую: вычислять координаты и отметки точек пересечения прямоугольной сетки координат с сеткой квадратов размером 40 х 40 м и осуществлять линейную интерполяцию при задании исходной информации с произвольным шагом; производить моделирование рельефа местности с помощью черных отметок в памяти ЭВМ. запись исходной информации для проектирования, формирование и ввод в память ЭВМ нормативных требований к рельефу;

2) программу построения продольного профиля элементов аэродрома и поперечных профилей характерных участков на графопостроителе с вычислением основных отметок проектной линии. Реализация разработанной системы позволяет получать результаты проектирования в виде схем профилей элементов летного поля, являющихся основной частью проектной документации раздела "Вертикальная планировка аэродрома". Разработанная система программных средств базируется на требованиях и нормах. Система является автономным программным продуктом, работает непосредственно в DOS и не требует подключения интегрированных сред и других управляющих средств. Графическая часть системы использует пакет программ для графического расширения фортрана GRAF0R, обеспечивающего формирование командного файла для графопостроителя. Система предназначена для автоматизированного процесса поиска оптимальных решений вертикальной планировки элементов летного поля.

Полученный в результате работы системы пакетный файл может быть "захвачен" редактором Autocad, и далее работа с проектированием рельефа осуществляется средствами Autocad-10.

Таким образом, данная система позволяет в автоматизированном режиме осуществлять проектирование продольного профиля любого элемента аэродрома с учетом не только требований водоотвода, но и получать оптимальную проектную линию с точки зрения проходимости и эксплуатации опоры воздушного судна.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Современные требования к проектированию рельефа грунтовой поверхности аэродрома предусматривают в основном обеспечение водоотвода и взлетно-посадочной дистанции и поэтому не-

достаточно полно отражают картину взаимодействия шасси самолета с грунтовой поверхностью аэродрома, особенно в области вертикальных нагрузок, воспринимаемых шасси при движении.

2. В настоящее время имеется достаточно большое количество исследований в области проектирования поверхностей летных полей аэродромов, однако большинство их выполнено в предположении абсолютной жесткости материала поверхности, такой подход может привести к необоснованным результатам, так как не учитывает свойства грунта.

3. Рельеф поверхности летного поля аэродрома можно приближенно представить как совокупность параллельных сечений случайного поля, достаточно близко расположенных между собой.

4. Рассмотренные основные расчетные схемы опор самолета позволяют исследовать основные параметры вертикальных колебаний при движении и синтезировать пространственную схему самолета.

5. Разработанная методика позволяет моделировать процесс движения самолета по поверхности аэродрома, а также создать систему для проектирования вертикальной планировки грунтовой поверхности летного поля с учетом особенностей движения самолетов.

6. При расчетах вертикальных колебаний самолета моделью амортизационной стойки можно считать параллельно соединенные абсолютно упругий и абсолютно вязкий элемент. Коэффициент жесткости абсолютно упругого элемента можно считать первой производной кривой обжатия амортизатора.

7. При разработке математической модели грунтовых элементов летного поля аэродрома необходимо определить не только статические оценки поверхности, но и физико-механические свойства грунтов.

8. Существующие механические модели грунтов имеют ряд особенностей, затрудняющих их прямое использование при создании комплексной модели взаимодействия шасси самолета с грунтовой поверхностью.

9. Жесткости характеристик грунтов не постоянны, а изменяются при циклических нагружениях. Коэффициенты жесткости для одного цикла "нагрузка-разгрузка" неодинаковы, при нагружении коэффициент жесткости меньше, чем при разгрузке.

10. В качестве параметра, характеризующего предшествующую

деформацию грунта, может быть принята суммарная площадь гисте-резисных петель в предшествующих циклах нагружения.

И. Предлагаемая математическая модель грунта обладает весьма стабильными характеристиками и может быть использована при разработке комплексной модели взаимодействия колеса самолета с грунтовыми элементами летного поля аэродрома.

12. Проектирование вертикальной планировки представляет собой частично формализуемый процесс, полная автоматизация которого возможна только при применении нескольких методов проектирования одновременно. Существующие методы автоматизированного проектирования продольного профиля не получили широкого распространения в аэродромном проектировании из-за ряда причин, основной из которых следует считать практическую невозможность реализации частично формализуемых критериев.

13. Наиболее удобным методом при проектировании продольного профиля элементов аэродрома следует считать метод динамического моделирования, обеспечивающий не только соответствие критериев нормативного проектирования, но и позволяющий включить параметры модели эксплуатируемого самолета. Данный метод обладает существенным преимуществом - простотой настройки, которая может быть полностью автоматизирована на ПЭВМ. При объемном проектировании вертикальной планировки элементов аэродрома может быть использован каркасный метод, позволяющий осуществлять трехмерное проектирование в среде 3-D системы AUTOCAD.

17. Разработанная система прикладных программ представляет собой законченный продукт, позволяющий не только рассчитывать необходимые параметры проектируемого элемента, но и осуществлять черчение на графопостроителях различных модификаций.

Данные выводы по диссертационной работе и основные полученные результаты позволяют сформулировать последующие задачи исследования:

- разработка метода и программных систем, предназначенных для ввода информации о рельефе поверхности аэродрома при помощи дигитайзеров, что позволит значительно облегчить процедуру ввода информации и сократить время на ее выполнение;

- разработка системы для создания цифровой модели местности для объемного проектирования с использованием средств автоматического геодезического и аэрогеодезического оборудова-

ния;

- создание системы, позволяющей проектировать оптимальные по конфигурации каркасные поверхности с учетом разработанных в диссертации моделей;

- разработка системы, позволяющей решать комплексную задачу вертикальной планировки и водоотвода на ПЭВМ с учетом особенностей эксплуатации современных и перспективных самолетов.

По теме диссертации опубликована следующая статья:

Исследование вопроса проектирования вертикальной планировки грунтовой части летного поля аэродрома с учетом эксплуатации самолетов для условий СНГ и Сирии /Салес Мухамед Мансур, МАДИ(ТУ). Деп. ВИНИТИ 26.01.1995, N237-695.

Подписано к печати 30.10.95. Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем 1.0 печ_\. Тираж 110 экз. Заказ 171.