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机械社区»论坛 › 行业设备 › 航空航天/军工/船舶/铁路/物流与港口 › 航空航天/军工 › 飞机专用拖车的物理难题，我在航空公司工作
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楼主: caucsaa

飞机专用拖车的物理难题，我在航空公司工作

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hoverin
发表于 2014-7-1 09:04:20 | 显示全部楼层
辊轮是有动力的，还是没有动力的呢? 图上那种结构，辊轮没有动力一样可以拖走啊

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caucsaa
有动力的，液压动力，看视频介绍  发表于 2014-7-1 12:12
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hoverin
发表于 2014-7-1 09:08:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 hoverin 于 2014-7-1 09:26 编辑
' L! m% j, a( G
& N6 o! ]6 Q- ~" t  p! j% _2 S* s直接拖不是更简单吗，辊轮只是让飞机转向轮自由转动，或者辊轮输入部分动力，拖车拖个几十吨很容易的吧，要不然全部动力从辊轮输入，还要拖车做什么呢

点评

caucsaa
直接拉需要拖车重量大，否则拖车会打滑。现在的拖车要几十吨。 这种拖车就可以做的很轻。  发表于 2014-7-1 12:11
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caucsaa
 楼主| 发表于 2014-7-1 09:33:34 | 显示全部楼层
谢谢大家，尤其是zerowing 和动静之机，非常专业。) @4 l  o5 v2 G$ s) ~5 w) O
换个问法，简化一下分析模型，假设滚轮不是拖车上的，而是飞机上的，滚轮靠电机带动，简称为电动起落架吧。8 x9 z, z4 _/ u7 R, R! k
# u* }1 g+ j5 H+ u) j$ w
现在滚轮带动轮胎转动，类似于小齿轮带动大齿轮，但是两者不是咬合，而是靠摩擦。8 q! N1 k7 {1 w- W! ^
我查过一个文献，需要给空客A320轮胎上施加5000NM的力矩才可以拖动飞机。+ ^6 @5 C5 ^7 M+ e, a
假设滚轮的材质是橡胶，飞机轮胎的材质也是橡胶，跑道的材质是水泥。飞机重量为50吨，滚轮半径为5厘米，轮胎半径为30厘米，5 Q' l# ~: U- ~2 `5 ]0 C

1 d" V0 n! i/ {0 ~那么滚轮需要输出多大扭矩呢？滚轮和轮胎之间需要多大的预紧力才能保证滚轮不打滑呢？
3 A; ?0 K0 [& J

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向宏
我查过一个文献，需要给空客A320轮胎上施加5000NM的力矩才可以拖动飞机。 这个数据绝不会是推动飞机缓慢移动的力矩，而可能是驱动飞机起飞的力矩  发表于 2014-7-1 14:34
caucsaa
zerowing，看了您推荐的材料，坦率地讲，学到一些皮毛，没理解深层次的东西，比如弹性内能。您能否按照我的数据给我们演示一下计算过程，得出一个压力和扭矩的结果，谢谢  发表于 2014-7-1 13:24
zerowing
这时，你就算有ABS，也一样是打滑。  发表于 2014-7-1 10:29
zerowing
多说两句ABS。ABS不仅是为了获得更多的静摩擦力，更大的原因是为了减少橡胶与地面的相对滑动带来的温升。换句话说，如果轮胎温度一样，有没有ABS的效果不会有太大的差别。如果不控制温升，那么粘粘区就被破坏  发表于 2014-7-1 10:27
zerowing
所以，你可以按照粘粘区的力计算输入扭矩，然后在这个扭矩上平衡掉橡胶轮的弹性内能，剩余的才是驱动扭矩。  发表于 2014-7-1 10:24
zerowing
这个时候切向牵引力达到最大，但是决不是静摩擦的大小。你要算这个，就得考虑粘粘力的大小，其后才是静摩擦力。而轮子在通过了粘粘区后，又进入了脱粘和弹复的过程，这个过程因为弹复性问题，依旧是滑摩。  发表于 2014-7-1 10:22
zerowing
我看你积分变动了，可能你下载了我提供的文件。相比你应该明白这个滑动区和粘粘区的问题了。对于辊子和橡胶轮的挤压，起始阶段是压力步增，但却是滑动摩擦，知道压力增加到一个值，产生了粘着，  发表于 2014-7-1 10:19
zerowing
你还是假定为刚性轮计算吧。橡胶之类的弹性轮实在不好算。与地面的接触计算已经很费尽了，换到和辊子之间就更复杂了。  发表于 2014-7-1 10:17

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冷水黄金
发表于 2014-7-1 09:35:28 | 显示全部楼层
本帖最后由 冷水黄金 于 2014-7-1 09:44 编辑
* a4 {8 k" s8 r
8 `, S# H4 Y* V0 E. T: }" n% v为啥不直接拉呢？为了方便刹车？转向半径小？

点评

冷水黄金
哦，好办法  发表于 2014-7-1 12:29
caucsaa
直接拉需要拖车重量大，否则拖车会打滑  发表于 2014-7-1 12:10
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caucsaa
 楼主| 发表于 2014-7-1 10:14:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 caucsaa 于 2014-7-1 10:38 编辑 . L" Z. g0 C8 ]$ `% w7 H
zerowing 发表于 2014-7-1 03:10 + C0 L0 D: w4 L! u( k
事实上，哪种都不算。无论是静摩擦、滚动摩擦还是滑动摩擦，其假设前提都是刚性体。你面对弹性体的时候，要 ...

$ @3 X9 v) y, V9 A+ U, p
0 u( ~2 O9 k: t给大家发一个这种拖车视频吧3 F! Q% c, _$ c6 D. B; {
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caucsaa
 楼主| 发表于 2014-7-1 10:36:59 | 显示全部楼层
本帖最后由 caucsaa 于 2014-7-1 10:50 编辑 5 r+ g$ U1 ~3 T& E! s( ~2 s
caucsaa 发表于 2014-7-1 09:33 # w9 ~" n+ M. z9 U8 \5 ]! g
谢谢大家，尤其是zerowing 和动静之机，非常专业。/ }* F- s+ g7 l
换个问法，简化一下分析模型，假设滚轮不是拖车上的，而 ...
3 K7 }; y. x8 }: M6 e0 X; G& P
4 r# h1 Y( p2 m( `) b/ R
我说一下我的理解，大家见笑了1 t& C5 j1 S; b, {

! {: C/ R9 l8 X- W首先，轮胎和地面之间是滚动摩擦，因此摩擦阻力很小，这也就是为什么有人可以拖动上百吨的飞机。
3 D# P7 r; i$ ]$ ~2 C4 E, w" C' Z0 p7 D# u' E/ v# D7 l
此外，而滚轮和轮胎之间应该是最大静摩擦力，即便打滑也是滑动摩擦，也接近于静摩擦，我的理由是：滚轮和轮胎的线速度是一样的，两者相对静止，因此虽然滚轮是在滚动或者称为转动，但是仍为静摩擦。这就好像我用手掌贴在轮胎上表面，用力压住轮胎，再往前推动轮胎一样。只不过，现在平面的手掌换成滚轮，但是滚轮和轮胎的接触面还可看成一个平面。
3 ^0 B6 ~7 w8 r. K) }" T. q: {: M1 Y* H* X
4 _* |" \$ g: w0 O因此滚轮输出给轮胎的动力也就是摩擦力应该按照静摩擦力公式f=μN计算，而不是按照滚动摩擦公式计算。
7 m- {( h3 W( ?9 v! Z# S' e6 Y! C0 X9 U! Q8 X2 V
如果按照滚动摩擦公式算，那么要克服飞机受到的摩擦阻力F，那么滚轮就要输出等大的F，而轮胎和地面的滚动摩擦系数约等于滚轮和轮胎之间的滚动摩擦系数（至少是0.00X数量级），那么滚轮和轮胎之间的预紧力N应该要很大（接近于飞机重量），但是这样轮胎根本无法承受。/ F6 z) y& I! ]+ Z6 r; K

2 \: n/ H" r8 g  }1 J+ h: K/ M6 g/ I( g. V) W
我的说法正确吗？欢迎指教。

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caucsaa
向宏，你好，我是说：不是按照滚动摩擦公式计算。如果按照滚动摩擦公式算，就会算出一个很大的数值。 反证法  发表于 2014-7-1 15:59
向宏
那么滚轮和轮胎之间的预紧力N应该要很大（接近于飞机重量），为啥要这么大，推一辆车移动就需要推理大于车重吗？一个1吨重的车，在平路上拉动，需要一吨的拉力吗？你这是走入误区了，大侠  发表于 2014-7-1 14:28
动静之机
驱动辊轮与轮胎之间是静摩擦，按f=μN计算，是驱动力。这个μ似乎在1.0左右，取0.5计算更保险（见18楼链接数据）。  发表于 2014-7-1 11:16
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caucsaa
 楼主| 发表于 2014-7-1 10:39:34 | 显示全部楼层
caucsaa 发表于 2014-7-1 09:33 . n7 q9 D5 T, X+ O
谢谢大家，尤其是zerowing 和动静之机，非常专业。
6 N. n/ S/ \1 T换个问法，简化一下分析模型，假设滚轮不是拖车上的，而 ...
6 E8 L0 m7 X$ N. {7 X2 C

1 O, r, ^+ _9 v* f* Y) G5 W拖车视频! d) j& B2 D% U
http://www.tudou.com/programs/view/S1h1c71dy7g/?qq-pf-to=pcqq.c2c
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动静之机
发表于 2014-7-1 11:02:49 | 显示全部楼层
caucsaa 发表于 2014-7-1 10:14 # g' P" S$ {) c1 S2 M( @3 z  {
给大家发一个这种拖车视频吧

- v: c/ x6 O$ z: T* W. x果然是德国鬼子干的。
( e% Q: u; s) S
8 W5 k5 h8 [. g+ Z6 d9 {曾经见识过直接驱动对方轮子的工具：* R% J- ^# D7 e% I' c1 l* B, G
4 E1 n( M8 H- e
火车不是推的，牛B不是吹的。
, @5 X8 G$ ?6 E7 }% [! [( x( qhttp://bbs.cmiw.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=126146
4 ?* g" z; o- p$ E# L! N0 ]( d1 k" k$ @0 i( R0 q) I( u6 L% t
' L7 X! p" W& b" u; z3 t& N3 J
# k. o3 u2 G! H: m6 R
根据这个资料来看：) M2 Q2 W! X! Q! D7 A+ X- J
http://www.caams.org.cn/products/jgytzzb/fjqyc/2010/11/2806.shtml* I' i1 P* C2 Z+ o- v6 N

& j2 Y0 Z: s' @自重56KN的牵引车产生最大牵引力25-30KN, 说明静摩擦系数大约0.5 （这里面有安全系数吧）) I  {/ g2 U0 P; ^
而此牵引车最大可牵引400KN的飞机，说明滚动摩擦系数大约为0.06/ L- J0 x$ r. T( G; i! S

! F5 K1 Q) Q  L8 P0 Z; u5 {/ l5 u5 F! O) Q

点评

caucsaa
zerowing,我也不认为这个辊子和轮子之间有多大的压缩量，是否可以理解，压力不需要很大？ 如果没有权威的算法，按照什么算法最保险？可以算出一个最大压力，而实际值不会超过这个值。  发表于 2014-7-1 14:37
zerowing
而从视频中看，我不认为这个辊子和轮子之间有多大的压缩量。另外，cau大侠，我觉得我给你的文件里已经表述清楚了，针对这种橡胶轮的摩擦，现在没有一个权威的结算法。所以，我也不可能给你什么直接的展示。  发表于 2014-7-1 13:49
zerowing
所以，就回到最初的问题，知道需求力以后，如何计算压力？  发表于 2014-7-1 13:46
zerowing
但是请不妨去看看所谓的摩擦系数表，你会发现，静摩擦系数同动摩擦系数的大值往往是等同的。而我们很清楚，最大静摩擦力是一定大于滑动摩擦力的。换句话说，这些数值本身不可考。。。  发表于 2014-7-1 13:45
zerowing
所以，可以这么说，如果给一个驱动力f，根据静摩擦原理，那么静摩擦力一定等于f，但这个值是否是压力乘以摩擦系数就不得而知了。当然，如果是针对临界值的计算，这么算不无道理。  发表于 2014-7-1 13:43
zerowing
其实这里有一个很坑人的地方，两位。所谓的静摩擦系数究竟如何确定。首先，静摩擦力本身同所谓的系数没有关系。他是一个趋势力。你可以说以摩擦系数和压力计算最大静摩擦力，但却得不到实际值。  发表于 2014-7-1 13:41
caucsaa
我也是这么想的，想听听zerowing等人的意见。  发表于 2014-7-1 13:05
动静之机
驱动辊轮与轮胎之间的静摩擦力最终用来克服整机的滚动阻力，大约是0.0x倍整机重量。用静摩擦系数反算所需压力，您看对否？  发表于 2014-7-1 12:48
caucsaa
但是我说的这种拖车的轮胎不产生驱动力，完全靠滚轮驱动飞机轮胎，因此问题就来了，滚轮需要多大的扭矩？滚轮和飞机轮胎之间的压力？  发表于 2014-7-1 11:16
caucsaa
但是您说的这种拖车原理和我说的完全不一样，您的这种拖车是把飞机前轮抱起来，相当于一辆卡车背着一架飞机，所以计算摩擦系数肯定是按照拖车轮胎和地面之间的系数算的。 但是我说的这种拖车的轮胎不产生驱....   发表于 2014-7-1 11:15
caucsaa
真是个好论坛，高手云集，相见恨晚。  发表于 2014-7-1 11:12

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伏虎降龙 + 1 热心助人，专业精湛!

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冷水黄金
发表于 2014-7-1 12:56:55 | 显示全部楼层
国内有吗？有人要吗？/ e; X5 q: D4 A
需要山寨吗？
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zerowing
发表于 2014-7-1 13:36:46 | 显示全部楼层
看完视频感觉挺有意思的，觉得鬼子貌似也是搞花活。
- K# `* h- W" N有几个关键点。( f# r+ a) B5 ]' S( A1 q, l
1。牵引轮为后轮。且只有单边。' V" h# }: z% S* `1 U: g, A1 y& E
这里就有一个问题，如果只驱动单边，另一边的轮子不辅助转动的话，飞机不仅不会跟着车走，反而是要转向的。所以，至少来说，只靠牵引车的辊子驱动不可能完成这样的动作。
  I6 S) L  k9 [- Y$ b9 {: Q2。查了下数据，powerpush的发动机功率只有55.1KW。如果按照5000NM的需求计算，powerpush全功率驱动时，机轮转速不可能超过105rpm。按照A320的49寸轮子计算，如果达到105rpm,大约时速将达到24km/h。这与其提供的15km比较吻合的。因为你还需要考虑损耗和自身的运动。# b3 ]; m4 N7 n( E1 v9 ~: X4 T
3。另外想起个问题，我记得我在很早的帖子里说起过，滚动摩擦是校验倾翻力矩，而所谓的滚动摩擦系数是倾翻力臂，单位是厘米。所以，以重力x滚摩系数得到的其实就是需求扭矩。
6 p( a& T/ K1 ~! H% ^/ w+ i4。如果一定要算，那么基本可以这么算算。从图中看，主动轮4个，平均压平量大约2.5%-4%。因此如果都折算到一个轮子上大约是10%-16%的压平量。我们按10取。则代表半径上变形量10%。依次可以计算出假想倾翻力臂值 x=0.436倍的轮子半径。A320的轮子直径是49寸，半径就是622.3mm，即62.23cm。x=27.13cm，也就是说，倾翻力矩为 41t x 0.2713m=109000Nm. 对应的牵引力为 109000/0.6223/1000=175KN。但显然，不需要这么多。所以，就像我之前说的，你肯定不能用滚动算。那么就是我说的，你要按小半径滚动+压平算。
7 `9 \- A6 P" Y之前已经假设变形量10%，那么剩余半径为 62.23*0.9=56cm。我们认为这个半径下，轮子符合刚性情况，可以按照滚摩计算，按照橡胶滚动力臂1.5cm计算，对于56cm的假想半径刚性轮，其倾翻扭矩为6027Nm。对于压平部分，按照履带式理解，其与地面无相对运动，即无功。所以，可以认为前面得到6027Nm即是需求扭矩。当然，这个数值多数是估计的，比如压平量，比如橡胶轮对橡胶面的滚动力臂（1.5是参考的橡胶轮对土路）。有条件的话，可以找实际的数据进行计算。
. M( k& u) p- G. C3 S5 m* ]5。计算驱动部分力。可以根据需求扭矩，计算辊子部分的线形力。当然，也是要分步计算，一方面是小半径轮计算切向力需求，一方面是辊子和橡胶轮之间挤压形成的滑动区和粘粘区的动力输入。; w# R% f  e; E% Y; J
6。不过还是有一个观点，根据视频中的情况，至少可以认为飞机的主动轮自身也在提供动力输出，否则单轮驱动无法做到直线行进。那么这种情况下，具体是什么情况就很难判断了。但如果飞机自身就在驱动，那这牵引车的意义实在是。。。。

点评

伏虎降龙
前轮的摩擦力很可能不足，肯定要驱动后轮。  详情 回复 发表于 2014-7-1 13:51
伏虎降龙
大侠，单边驱动也可以直线运动的，不会发生偏转。因为前机轮的方向限制了运动轨迹。 就像两电机驱动的三轮车一般，一个后轮失去动力，另一个轮驱动，在前轮的定向作用下，也不会发生无规则偏转。  详情 回复 发表于 2014-7-1 13:47
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