Wie kann ich die Kraft auf das Bugfahrwerk bei der Landung berechnen?

Die Berechnung der Lasten auf Bug- und Hauptfahrwerk ist nicht wirklich anders. Die von Ihnen verlinkte Antwort ist ein stark vereinfachter Ansatz, den Sie auch für das Bugfahrwerk verwenden können sollten, aber ich werde einen "weniger vereinfachten" Ansatz zur Berechnung der vertikalen Kräfte bereitstellen. Die Bremskraft ist dort bereits ausführlich beschrieben .

Ein vereinfachter Ansatz

Zunächst müssen Sie die Aufprallgeschwindigkeit und die Feder- und Dämpfungscharakteristik Ihres Fahrwerks kennen.

Beim Aufsetzen gibt es drei mögliche Fälle:

• Das Hauptfahrwerk berührt zuerst den Boden. Dann dreht sich das Flugzeug mit einer Winkelgeschwindigkeit nach unten$\omega_L$. Die Aufprallgeschwindigkeit Ihres Bugfahrwerks ist daher $$V_{Impact} = \omega_L \cdot d$$ $d$: Abstand zwischen Haupt- und Bugfahrwerk.
• Das Bugfahrwerk berührt zuerst den Boden. (Vorerst leer, wenn ich Zeit finde schreibe ich später darüber)
• Beide Fahrwerke berühren gleichzeitig den Boden. Für einen Gleitwinkel$\gamma$Die Aufprallgeschwindigkeit beträgt: $$V_{Impact} = V\cdot \sin(\gamma)$$ $V$: Flugzeuggeschwindigkeit

Die Steifheit ($k$) und Dämpfungscharakteristik ($c$) des Fahrwerks hängen hauptsächlich von der Federung und den verwendeten Reifen ab. Falsch aufgepumpte Reifen können wirklich gefährlich sein, da sie die Belastung des Fahrwerks erhöhen können.

Zusammenfügen dieser Daten zu einem Masse-Feder-Dämpfermodell wie im Bild

gibt Ihnen eine Gleichung für die Bewegung des Bugfahrwerks:

$$m\cdot \ddot{x}+c\cdot \dot{x}+k\cdot x = -m\cdot g$$ Für die reduzierte Masse $m$Verwenden Sie im Modell die vom Bugfahrwerk getragene Masse. $$m = LM \cdot \frac{d-d_{CG}}{d}$$ $d_{CG}$: Abstand vom Bugfahrwerk zum Schwerpunkt

$LM$: Flugzeuglandemasse

$g$: Gravitationskonstante

Die Anfangsbedingung für die Differentialgleichung lautet:

$$\dot{x}(t=0) = -V_{Impact}$$ Der Aufprall erfolgt bei $t=0$.

Um die Kraft auf das Bugfahrwerk zu berechnen, müssen Sie nur die maximale Beschleunigung finden und die statischen und dynamischen Belastungen addieren:

$$F_{max}=-m\cdot g -m\cdot \ddot{x}_{max}$$

Probleme der realen Welt

Während die obigen Berechnungen für wirklich steife Flügel funktionieren, werden die Belastungen des Fahrwerks in Wirklichkeit (wahrscheinlich) höher sein. Dies liegt an den Trägheitskräften der schwingenden Flugzeugstruktur.

Wenn Sie nicht verstehen, woher diese Kräfte kommen, versuchen Sie, Ihre Arme im Stehen auf und ab zu bewegen: Sie werden kleine Kräfte an Ihren Füßen spüren. Wiederholen Sie nun das Experiment mit zwei 60t schweren Flügeln wie beim A380 und Sie werden sehen, dass die Kräfte nicht zu vernachlässigen sind. Und woher kommen die Schwingungen? Dasselbe wie bei einer Gitarrensaite: Nach einer kleinen Anregung (Zupfen der Saiten/Landeschlag) beginnt die Struktur (Gitarrensaite/Flugzeugflügel) zu schwingen.

Welche anderen Dinge berücksichtigt dieses Modell nicht? Kopplung zwischen Bug- und Hauptfahrwerk, Rotationsträgheit, nichtlineare Reifencharakteristik,...

Um die Kraft zu berechnen, sollten Sie mit einer Schätzung des Drehimpulses beginnen, wenn die Nase sinkt und das Rad den Boden berührt. Dieser Drehimpuls am wird Null, sobald das Ölbein auf seinen maximalen Hub zusammengedrückt wird, aber das dauert eine messbare Zeit, vom ersten Kontakt des Vorderrads mit dem Boden bis zum extremen Zusammendrücken des Ölbeins. Wenn Sie davon ausgehen, dass die Kraft f auf das Oleo-Bein während des Kompressionshubs konstant ist, und die dafür benötigte Zeit t kennen , dann gilt:

f = bin / t

Natürlich ist das nur eine grobe Schätzung, aber besser als nichts...

Um am zu berechnen , müssen Sie die Masse des Flugzeugs, sein Trägheitsmoment beim Drehen der Haupträder und die Winkelgeschwindigkeit dieser Bewegung kennen.