基本构型

基本构型（共7篇）

基本构型 篇1

0 引言

研制开发果蔬采摘设备对于缓解农村劳动力短缺、降低人工劳动强度、稳定采摘质量、提高采摘生产效率具有重要意义[1]。采摘机构构型综合是果蔬采摘设备设计的起点和关键环节。串、并联机构在结构和性能上具有优势互补的特点。采用少自由度串、并联机构对果蔬采摘机构进行构型综合,可使采摘机构同时兼有刚度好、承载能力强、工作空间大、结构简单和灵活度高等优点[2,3,4]。为此,综合当前国内外在少自由串、并联机构基本构型方面的研究成果,提取常用少自由度串、并联机构构型的相关知识信息,构建少自由度串、并联基本构型单元知识库和数据库,为采摘机构构型快速、高效、智能化创新设计提供设计资源平台。

1 开发工具平台及方法

SolidWorks是基于Windows的参数化特征建模软件,具有强大的三维实体建模、复杂装配和生成工程图等功能模块,在中小企业中应用广泛。SolidWorks API基于COM组件技术构造,通过COM技术为开发人员提供了强大的二次开发接口,凡支持COM编程的开发工具,均可以用于SolidWorks二次开发。采用VC++ 6. 0作为开发工具可充分利用API 函数和MFC 类库, 开发的DLL 应用程序模块可以直接嵌入到SolidWorks内部。DLL 应用程序模块加载成功后,程序菜单直接出现在SolidWorks 主菜单上,可极大提高设计效率[5,6]。

为了方便存储、提取和操作不同结构参数及功能属性特点的构型数据,将构型的数据存储到数据库中。Microsoft Access是当前流行的关系型数据库管理系统之一,基本的核心是 Microsoft Jet数据库引擎,用VisualC + + 6. 0对数据库对象进行访问,可以完成诸如查询、排序、增删记录等对数据的操作功能。选用Access2003作为数据源管理工具,通过编写数据库接口应用程序,建立与数据库服务器的连接,并对其进行相关数据库的访问和操作。

2 基本构型库系统开发原理

2.1 系统结构

采摘机构基本构型库系统包含机构构型参数化设计功能和属性信息查询修改等功能。参数化设计模块应先建立基于Solidworks 平台的少自由度串、并联基本构型的机构模型库。在此基础上,建立一组可以完全控制三维模型形状和大小的设计参数,并对设计参数进行编程,实现检索、修改,依据新的参数自动更新三维模型。机构的运动功能属性包括自由度数、转动自由度数、移动自由度数等。使用性能属性包括机构元的承载能力、整体刚度、工作空间、成本价格、结构复杂性和灵活度等方面的信息,可利用Access表建立数据库信息源,通过数据接口,对属性信息进行操作。基于SolidWorks 环境的构型库系统的结构框架如图1所示,主要由机构模型库、属性信息库、基本构型的参数化设计主程序模块、应用程序接口模块及用户界面构成。

系统用户通过界面设置机构主要参数,修改或查询机构的属性信息数据库。用户操作所进行数据的访问或计算将被组织为多个请求传送至主程序。主程序针对用户的功能请求,调用相应的功能模块,经应用程序接口进行相应的事务处理,并将计算或操作结果返回到用户界面。通过API接口调用基于SolidWorks 的少自由度串、并联机构模型库,对口模型模板数据进行参数设置修改,驱动构件模板生成相应参数的机构模型。通过ADO数据库访问接口调用ACCESS表中记录的机构的相应属性信息,并进行机构构型属性访问或修改操作。

2.2 参数化设计技术路线

少自由度串、并联机构构型库的参数化设计包括API应用程序的代码编写、人机交互对话框的建立、机构构型参数化驱动以及应用程序与参数化构型库的链接等实现过程。考虑少自由度并联机构装配体模型建立比较复杂,尺寸参数驱动法在程序的编写、使用和维护升级方面简单实用,因此采用尺寸驱动的设计方法[7,8]。基于SolidWorks API的参数化设计技术路线,如图2所示。

少自由度串、并联机构是由多个杆件装配组成,首先设计杆件零件模型,并使其具有尽可能多类似零件的所有特征,以减少建模的工作量。为给后续设计工作提供装配参考基准,还需合理创建参考基准点、基准轴和3个相互垂直的基准面。在Assembly模块下将杆件零件模型装配成机构,使机构模型受尺寸驱动并保持拓扑关系不变。再设置设计参数,添加合理的参数驱动关系,存储为机构构型模板模型。

SolidWorks环境下不能直接修改机构组成杆件的参数值,在修改具体的尺寸参数时需要打开目标杆件零件后再修改。机构参数化驱动首先要加载、激活机构的“.SLDASM”文件,并通过程序选择需要修改参数的目标杆件将其打开,再在这个“.SLDPRT”文件中选择需要修改的尺寸,获得尺寸参数对象指针,调用SsolidWorks API 函数修改参数数值,具体程序流程如图3所示。

3 基本构型库的实现

3.1 用户界面设计

系统人机交互界面包括调用插件程序的菜单和机构构型交互对话框两部分。菜单是进入各类机构构型参数化设计的接口,主菜单“果蔬采摘机构构型库”按机构类型分为“少自由度串联机构构型库”和“少自由并联机构构型库”两个二级子菜单,各二级菜单又按不同机构构型划分为各种具体机构的三级子菜单,如图4所示。

用户对话框采用在工程中添加并显示模态对话框方式,使用对话框作为父窗口,按钮、编辑和图片控件作为子窗口,共同完成用户对数据的输入、获取和连接。用户通过编辑机构的基本参数生成用户所需要的机构。Delta机构对话框如图5所示。

3.2 源代码编写

启动Microsoft Visual C++6.0,利用应用程序设计向导(AppWizard)新建工程,添加SolidWorks Addin对象,完成创建SolidWorks应用程序的基本框架,建立一个基于常规MFC的动态链接库工程。编写程序代码,其中Delta机构连杆参数驱动实现部分代码如下:

void delta::OnOK()

{

……

CComPtr<IModelDoc2> m_iModelDoc1;

//定义ModelDoc对象

VARIANT_BOOL retval=VARIANT_TRUE;

m_iSldWorks_dlg1->OpenDoc6(fileName,

swDocASSEMBLY, Options,moren, &Errors,

&Warnings, &m_iModelDoc1);

//打开文件,打开装配体中的连杆

HRESULT hres;

CComPtr<IAssemblyDoc> assemblyDoc1;

hres=m_iModelDoc1->QueryInterface(IID_IAs

semblyDoc, (LPVOID *)&assemblyDoc1);

CComBSTR para1(L"连杆@Delta机构");

CComBSTR para2(L"COMPONENT");

CComPtr<IModelDocExtension> modelDocExt1;

m_iModelDoc1->get_Extension

(&modelDocExt1 );

hres=

modelDocExt1->SelectByID2(para1,para2, 0,

0, 0, false,1, NULL,0,&retval);

hres = assemblyDoc1->OpenCompFile();

CComBSTR para3(L"连杆.SLDPRT");

long err;

CComPtr<IModelDoc2> m_iModelDoc11;

hres =

m_iSldWorks_dlg1->IActivateDoc3(para3,

false,&err, &m_iModelDoc11);

//对连杆的参数进行驱动

CComBSTR para4(L"D1@连杆");

CComPtr<IDimension> retvalDimen1;

hres =

m_iModelDoc11->IParameter(para4,&retvalDi

men1);

long retv1;

hres=retvalDimen1->ISetSystemValue3(m_lia

ngan, swSetValue_InThisConfiguration, 1, 0,

&retv1);

hres=

m_iModelDoc11->EditRebuild3(&retval);

hres = m_iSldWorks_dlg1->CloseDoc ( para3 );

……

//重建装配体模型

CComPtr<IModelDoc2> m_iModelDoc;

CComBSTR para(L"Delta机构.SLDASM");

hres = m_iSldWorks_dlg1->IActivateDoc3(para,

false, &err, &m_iModelDoc);

hres= m_iModelDoc->EditRebuild3(&retval);

CDialog::OnOK();

}

4 结论

选用SolidWorks2008 作为二次开发平台,采用VisualC + + 6. 0 和SolidWorks 2008 API SDK提供的ATL向导作为开发工具,利用Access2003作为数据源管理工具,采用尺寸驱动的设计方法,开发少自由度串、并联基本构型的机构模型库系统。通过对控制机构模型形状和大小的设计参数编程,实现机构的检索、修改和重生;通过数据库操作,实现基本构型性能属性信息的查询和修改。系统具有可扩展性,对果蔬采摘机构构型的高效、智能、创新设计具有实际意义。

参考文献

[1]张洁,李艳文.果蔬采摘机器人的研究现状、问题及对策[J].机械设计,2010,27(6):1-4.

[2]黄真,赵永生,赵铁石.高等空间机构学[M].北京:高等教育出版社,2006:347-368.

[3]曲海波.少自由度串联机器人构型综合与奇异分析[D].北京:北京交通大学,2008:47-84.

[4]李嵩.少自由度并联机构基本型的分析与综合[D].重庆:重庆大学,2007:62-124.

[5]李爱平,王龙涛,刘雪梅.SolidWorks环境下参数化部件库的开发及实现[J].机械设计,2010,27(8):5-10.

[6]王文波,涂海宁,熊君星.Solidworks2008二次开发基础与实例(VC++)[M].北京:清华大学出版社,2009:142-225.

[7]李向阳.SolidWorks二次开发的研究[J].制造业信息化,2008(2):37-38.

[8]陈岳坪,高健,王虎奇,等.基于ATL技术的SolidWorks二次开发新方法[J].模具工业,2009,35(6):5-7.

储层构型综述 篇2

我国早期开发的老油田, 大部分已进入到了开发后期, 采收率一般为30%左右, 面临综合含水率高、产量低等诸多问题。经研究表明, 有相当的剩余油存在于砂体内部, 它们被复杂的储层所控制, 是下一步油田进行开发挖潜的重要目标。而以小层或砂组为基础的研究已经不足以对储层进行更精细的描述, 需要更精细的层次划分, 储层构型应运而生。

1 储层构型的发展

英国雷丁大学的J.R.L.Allen教授在1977年首次提出了“Fluvial architecture” (河流构型) 的概念, 将储层构型这一历史性的概念引入到河流沉积相的研究工作中。并在1983年将河流相划分为三个界面。随后在1985年, 加拿大学者A.D.Miall在前人研究的基础上, 首次完整地阐述了储层构型的概念, 并针对河流相的研究, 建立了一套储层构型要素的分析方法, 使储层构型系统化, 真正成为了一门学科。储层构型, 也称储层建筑结构, 就是研究构成不同级次储层的单元 (一般为单砂体) 之间的规模、形态以及叠置关系。这一概念反映了不同级次、不同成因的储层构型单元之间的关系, 对油田剩余油挖潜和精细注水具有十分重要的意义。储层构型的概念由河流相提出后, 引起了国内外学者的重视, 早期的研究成果主要是在露头和现代沉积中获得的, 局限于构型成因的分析和剩余油平面上的分布, 并没有真正从剖面、平面结合建立三维储层构型模型。经过几十年的研究和发展, 储层构型从最初的河流相研究, 逐渐推广到三角洲相以及滨浅湖相等沉积相的构型研究, 并形成了比较完善的构型分析方法。

2 储层构型的级次划分

Allen在提出“Fluvial architecture”的概念后, 将河流相划分为三个构型界面:一级为交错层系的界面;二级为交错层序组的界面;三级为复合体的界面。

2.1 国外Miall的储层构型分级方案

Miall在Allen三级河流相构型界面划分的基础上, 提出了一个六级构型界面的划分方案, 即从1级交错层系间的界面到6级大型河道或古河谷群的界面。随后, 又在1级交错层系的界面前, 增加了一个0级纹层间的界面;在6级界面后, 增加了7级大型沉积体系界面和8级盆地充填复合体界面。至此, 一个由9级构型界面组成的河流相构型划分方案就被建立了起来 (表1) 。

Miall的9级构型界面的划分是目前流传比较广、使用比较多的划分方案, 具有一定的权威性, 不过由于该方案主要是针对河流相提出, 并且在与层序地层级次衔接的方面还值得商榷。

2.2 国内的储层构型分级方案

从上文可以看出, 原有的分级方案有些许的不足, 我国学者吴胜和在Miall九级构型界面的划分基础上, 提出了一个12级构型分级方案 (表2) 。1~6级界面的划分参考了层序地层学的研究, 其限定的构型单元与经典层序地层学的1~6级层序单元一一对应, 即从1级巨层序或大层序到6级小层序, 6级构型界面为最小级次层序构型单元, 在垂向上与单河道沉积相当。7~9级界面分别对应Miall构型分级方案的5~3级界面, 其限定的构型单元本质上为“facies architecture” (相构型) , 即7级河道、三角洲舌体等, 8级点坝、天然堤等大型地形, 9级侧积体等大型地形内增生体。10~12级界面分别对应Miall构型分级方案的2~0级界面, 即10级层序组、11级层系、12级纹层。

储层构型分级的序列有正序和倒序, 这两类方案各有其特点。正序方案界面级别随数字的增大而变大, 即数序最大为界面最大。该方案适用于地面地质研究, 如Miall的构型分级方案。倒序方案界面随数字的增大而减小, 即数序最小界面最大。该方案适用于地下地质研究, 如吴胜和的构型分级方案。

3 结束语

在国内外学者的共同努力下, 储层构型作为一门系统的学科经过了近40年的发展, 已经从简单的界面划分发展到剖面、平面相结合的三维储层构型模型研究;已经从单一的河流相研究逐步扩展到三角洲及滨浅湖相的研究;构型分级的方案也更加多元化, 更加适应各种沉积相的实际情况。随着油田对测井相、单井相的进一步利用以及三维地质建模的应用, 储层构型正逐渐向着立体化、精细化发展, 为油田下一步的开发提供更多的帮助。

参考文献

[1]吴胜和, 季友亮, 岳大力, 等.碎屑沉积地质体构型分级方案探讨[J].高校地质学报, 2013, 19 (1) :12-22.

[2]封从军, 赵逸, 贾鹏, 等.潜水湖盆三角洲储层构型模式探讨[J].地质科学, 2013, 48 (4) :1234-1245.

[3]曾祥平.储集层构型研究在油田精细开发中的应用[J].石油勘探与开发, 2010, 37 (4) :483-489.

[4]罗红梅, 朱毅秀, 穆星, 等.渤海湾渤南洼陷深层湖相滩坝储集层沉积微相预测[J].石油勘探与开发, 2011, 38 (2) :182-190.

试析机械机构构型的创新设计 篇3

1 机械机构构型创新设计概述

机械机构仍然是机器的重要组成部分。在现代机械产品的创新开发中, 从原理的构思、运动尺寸的确定, 机器性能的分析以及结构形状的探讨, 无不和机构设计的基本理论和基本方法有着相当紧密的联系。机械机构构型创新设计的目的是按照要求设计出符合条件的新机构, 在总体方案设计阶段突破传统的设计方法, 采用创造性思维, 实现从选型设计向构型设计的转变。机构构型创新设计是一个比较抽象和复杂的设计过程, 在没有任何依据, 凭空设计出一种新机构是非常困难的。所以, 可以采用再生设计的方法来实现机械机构构型的创新设计, 即借鉴和吸收现有的机构设计特点, 运用创造性的思维和方法, 通过类型创新得到新的机构构型。

2 机械机构构型创新设计的原理

2.1 机构组合原理

事实上, 在结构设计中和运用实践中, 运用用单一的机构不能满足要求, 不能完成任务。齿轮机构具有良好的运动性能和动力特性, 但运动形式太简单;棘轮机构尽管可以进行间歇运动, 但他的运动特性太差;连杆机构运动简单, 使用方便, 但是很难实现一些特殊运动规律;凸轮机构可以实现任意运动, 但是行程的可调性太差。所以, 在实际运用中, 单一的机构往往具有自身的缺陷与不足, 而为了弥补各自的不足, 在机构构型创新设计中我们可以把两种或两种以上的机构进行组合, 充分利用各自的性能, 发挥各自的优势, 创造出符合要求的新型机构。

2.2 机构变异原理

这种原理的而基本思路是:首先要确定一个原始机构, 并对该机构的结构组成和功能约束进行分析。然后通过一般化的处理将机构运动简图转化为一般化的运动链。再采取措施使运动链的结构系列化, 即将运动链进行排列组合, 找出其中的不同结构形式。最后按照该机构构型的功能所赋予的约束条件, 演化成众多的再生运动链和相应的新机构。

3 机械机构构型创新设计的原则

机械行业是一个比较古老的行业, 经过其漫长的发展和演进, 已经形成了很多关于机械机构构型设计方面的原则, 这些原则对机械机构构型设计实践重要的指导意义。事实上, 也只有遵循这些基本原则, 才有可能使具有实用价值的机构构型设计得以实现。总的来说, 机械机构构型创新设计的原则包括以下几点。

3.1 缩短机构运动链原则

运动链太长会加大震动, 增加积累误差, 也增加了机械设计的成本。所以, 在机构构型创新设计中, 要尽量缩短运动链, 以减小震动, 减小积累误差, 降低机械设计成本。

3.2 恰当选择运动副原则

运动副是两构件直接接触组成的可动连接, 它限制了两构件之间的某些相对运动, 在机械机构构型设计中常用的是高副和低副。高副和低副各有自己的特点, 低副在接触部分的压强较低, 因而比高副更加耐磨损。在机械机构构型设计中, 要充分认识高副和低副的不同特点, 根据设计的实际需要选择使用, 充分发挥运动副的优势, 取长补短。

3.3 恰当选择原动机原则

原动机是指用能源产生原动力的一切机械, 包括热力、水力、风力、电力发动机等, 机械也需要原动机, 以提供动力, 保障正常的运行工作。在机械机构构型设计中, 要根据机械的具体要求选择适合的原动机, 为了保证机械的正常运行, 在设计中, 可以考虑采用多个原动机, 以保障充足的动力。

3.4 缩小机构的尺寸原则

机构尺寸的大小对机械性能的发挥有着重要的作用。机构尺寸较小, 占用的空间较少, 有利于各个部分功能的发挥和空间的有效利用, 反之, 尺寸较大则不利于机械整体性能的发挥。为了缩小机构的尺寸, 在设计中可以适当的选择凸轮、连杆、滑块等, 以提高空间的使用效率, 增加机械的整体性能。

4 机械机构构型创新设计的实例

4.1 利用组合原理创新设计的机械机构构型实例

设计一个间歇冲压装置并将该装置安装在一条流水生长线上, 同时要求压力符合要求, 结构紧凑, 效率高。该设计方案电动机输出的是旋转运动。连杆1、连杆2和大轮构成凸轮-连杆-滑块结构, 这种机构可以将旋转运动转化为直线往复运动。该设计的直线往复运动由连杆3、连杆4、连杆5构成, 并且这三个连杆与中心呈对称分布满足工作压力的要求。总之, 该机构结构清晰, 将旋转运动变成了直线往复运动, 收到的效果也显著。此外, 该机构拥有两个输出装置的配备, 使得一机两用得以实现, 不仅提高了机构构型的空间利用率, 也有利于加工产品的效率的提高。

4.2 利用变异原理创新设计的机械机构构型实例

为了满足某些工艺的要求, 使机构具有某些特殊性能, 实践中我们可以改变某些机构的结构, 设计出新的机构构型, 如图1所示。该图的左侧为传统的摆动从动件圆柱凸轮结构, 从理论上来说, 除了两个特殊点之外, 摆角越大, 摆杆的准确度越低, 而经过改进后, 凸轮2以角速度ω转动时, 导杆3随着滚子4上下移动。滚子4又带动摆杆5以角速度ωo上下摆动, 与此同时, 摆杆5与摆快6作相对运动, 摆快6和机架1相对转动实现了运动过程的自我调适。该机构弥补了传统机构的缺点与不足, 突破了相对摆角的局限, 并且摆动运动规律, 摆动也十分精确, 是典型的机械机构构型。

参考文献

[1]汪劲松, 关立文, 王立平, 等.并联机器人机构构型创新设计研究[J].机械工程学报, 2004 (11) .

[2]徐涛, 陈义厚.基于机构创新设计的机构再生设计的探讨[J].机械研究与应用, 2007 (5) .

[3]胡健.浅谈机械机构构型的创新设计[J].科技风, 2011 (7) .

基本构型 篇4

一、ISIS仪表的内部结构

如图2所示。

二、与传统备用仪表相比, ISIS仪表所具有的特点

1. 采用硅压力传感器替代传统的真空膜盒和开口膜盒感受静压和动压, 并由微处理器根据空速和气压高度测量原理运算后得出空速和气压高度 (见图3) 。

ISIS仪表的空速和气压高度测量原理与传统的备用空速表和备用高度表测量原理相同:空速根据指示空速与动压的关系进行测量, 气压高度根据气压高度与静压的关系进行测量。但信号的处理方式不同:传统的备用高度表用真空膜盒感受静压, 备用空速表用开口膜盒感受动压, 数据显示都是通过膜盒直接带动驱动机构将指针指到相应的刻度;而ISIS仪表是通过后板的Pt、Ps孔接收皮托静压系统收集的全压和静压, 并传输至压力传感模块, 压力敏感器感受全压和静压并相应输出表示全静压大小的模拟电压信号, 经A/D转换成数字信号后输出到控制处理器, 控制处理器根据空速和气压高度测量原理, 经数字信号处理计算后得出空速和气压高度数据, 最后经图形显示模块处理后在液晶显示屏上显示相应数值。

2. 采用全固态速率陀螺取代传统的机械式垂直陀螺测量飞机姿态 (见图4) 。

传统的备用姿态指示器利用1个支撑在2自由度万向支架上的机械式垂直陀螺测量飞机姿态, 该陀螺系统在启动后利用1个自转球体自动将陀螺竖立以跟踪地垂线, 竖立进程到陀螺自转轴垂直于地平面时显示姿态球达到稳定, 此时姿态球倾斜和俯仰的角度即表示飞机姿态。

ISIS仪表内置的固态速率陀螺为一个3自由度电子陀螺, 当飞机姿态改变时, 采集叉敏感飞机的角运动, 获取的信号经采集放大器放大并滤波后, 传输至同步解调器;同步解调器的另一路输入信号代表飞机平飞时的姿态基准, 它是由驱动叉信号触发驱动振荡器并经幅度控制器处理而产生的。来自采集叉的飞机角速率信号在同步解调器内, 与由驱动叉触发的表示飞机平飞姿态的基准信号进行比较并被解调, 解调后的信号经滤波放大后得到与角速率成正比的直流电压, 该DC信号即表示飞机绕横轴、纵轴或立轴的旋转角速度, 最后经控制处理器进行数字积分计算, 得出俯仰角、倾斜角 (即飞机姿态) 和航向角数据。工作原理如图3所示。

线性加速度计敏感飞机沿横轴、纵轴和立轴的直线加速度, 敏感的线加速度信号被送到控制处理器进行2次数字积分计算, 最终得出飞机的横向、纵向和垂向线位移。

3. 用“数码+图形”的液晶显示方式取代传统备用仪表的指针式和机电式指示方式显示测量信息。

传统的备用仪表使用指针式和机电式指示方式, 显示的数据信息量很少, 而且工作稳定性和视觉感观性较差。而ISIS仪表利用内部的图形处理模块, 运用数字信号处理技术, 通过彩色液晶实现数码与图形的组合显示方式, 使得信息显示非常直观丰富, 而且性能稳定可靠, 精度也大大提高。如图5所示。

4. 运用测试软件程序实现BITE自测试功能。

传统3个备用仪表中通常只有备用姿态指示器具有自测试功能, 但其测试数据源来自ILS接收机, 利用机电方式驱动航向旗/杆、下滑旗/杆动作并观察航向/下滑杆的偏离格大小和方向, 来判定仪表着陆指示功能的好坏和精度, 但不能自测姿态测量功能的好坏。而ISIS仪表内部装有控制处理器模块, 其内装载有测试软件程序和故障隔离程序, 通过软件程序的有效运行, 能够自测包括空速、高度、姿态角、着陆指示等ISIS所具有的全部测量和指示功能, 并能隔离出已故障的功能模块, 还能通过数据总线将BITE自测结果传输给CMC/FDIU等机载数据监控系统进行储存, 以便于故障诊断。

自测试详细的操作步骤如下:当同时按压“B U G S”钮和“L S”钮时, 进入显示有“T E S T S” (对应“+”按钮) 和“O T H E R D A T A” (对应“-”按钮) 2个行选键的页面, 若按压“+”按钮进入自测试页面, 启动机内自测试 (耗时约1 1 0秒) , 测试结束后显示“T E S T O K”或相关故障信息;若按压“-”按钮进入OTHER DATA页面, 显示“LRU I D E N T” (对应“+”按钮) 和“E N G I N E E R I N G D A T A” (对应“-”按钮) 2个行选键, 若按压“+”按钮则进入LRU IDENT页面, 显示ISIS的件号、序号、使用时间等部件识别信息, 若按压“-”按钮则进入ENGINEERING DATA页面, 显示ISIS故障的功能和故障级别, 以及故障代码等故障数据信息。

5. 多功能液晶显示器AMLCD的技术特点

普通彩色显示器其产生视频显示的成像单元 (即像素) , 一般是由按三角形分布的R、G、S三个色点组成, 而ISIS仪表采用的多功能液晶显示器AMLCD, 其像素是由按正方形分布的R、G、S、W四个色点组成, 从而提高了色彩的多样性、显示的清晰度和稳定性。这也是ISIS仪表在LCD关键技术上的一大创新。

三转一移解耦并联机构型综合 篇5

机构学发展至今,已经经历了漫长的历史,从最初的串联机构到后来的并联机构,从单开链机构到多环多链机构,也得到了很多非常有价值的研究成果[1,2]。在20 世纪末期,并联机构作为一类新型机构开始进入人们视野,从Stewart六自由度并联机构开始,到如今广泛在包装、分拣等工业环节中应用的Delta机器人[3],并联机构发挥了越来越多的作用。其中关于并联机构的构型综合问题,一直是机构学研究的一个热点,国内外学者主要用螺旋理论、线性变换、位移群论、图论等方法对机构展开综合[4,5]。

相对于传统串联机构来说,并联机构是由多条支链构成的闭环机构,因此具有一些独特的优点,如承载能力高、刚度相对较高、惯性相对较小、具有较高的动态性等[6,7]。但因其结构为多链闭环,也带来了耦合性问题。针对并联机构的耦合性问题,国内外学者也做了很多这方面的工作,提出了一些解耦并联机构。国内Zeng等[8]以螺旋理论为基础,提出了并联机构的转动解耦条件,阐述了分支输入副的选择准则,确立了分支运动副的配置原则,进而提出转动解耦并联机构构型综合理论,得到一些二维转动解耦并联机构构型。张帆等[9]基于支链驱动理论提出了解耦球面转动并联机构的型综合理论。杭鲁滨等[10]基于提出的并联机构拓扑解耦准则,针对一种球面解耦并联机构进行了解耦性分析,给出了该机构更一般的解耦条件,基于拓扑解耦准则构造了一种更一般的新型球面解耦并联机构。其他如侯雨雷等[11]、张彦斌等[12]都开展过相关研究工作。国外Carricato等[13]基于互易螺旋理论提出了无奇异各向同性并联机构构型综合方法,其综合的并联机构也具有解耦特性。Gogu[14]基于线性变换方法提出了解耦并联机构的构型综合方法,综合出了部分解耦并联机构。Kong等[15,16]从并联机构的输入输出分析入手,也提出了一种解耦并联机构的综合方法。不难发现,大部分学者的研究对象是具有三自由度移动和转动特征的并联机构,但关于三转一移(3R1T)解耦并联机构的构型综合却缺乏研究。

为此,本文根据解耦并联机构的输入输出为线性映射这一特点,以螺旋理论为分析工具,基于支链独立驱动原则,提出了3R1T解耦并联机构构型综合方法。

1 理论基础

1. 1 螺旋理论

文献[17]研究表明:螺旋可以由两个矢量结合成(S; S0) 这样的对偶形式来表示,S称为原部,表示方向矢量,S0被称为矢量S对原点的线矩,也可称为对偶部。且有:

其中,r为坐标原点到S上任一点的位置矢量,h表示螺旋的节距。螺旋也可以用Plüker坐标(L M N;P Q R) 来表示。螺旋分为线矢量和偶量两种情况: 线矢量(S; S0),S ≠ 0,S·S0= 0,h = 0;偶量(0; S),S ≠ 0,h = ∞ 。

螺旋在自由度分析时,能表示是约束力还是约束力偶,以及是转动自由度还是移动自由度。

1. 2互易螺旋

两旋量$1(S;S0) 和$2(Sr;S0r),其原部矢量与对偶部矢量下标相互交换后作点积之和,这个乘法被定义为两螺旋的互易积,记为

则螺旋$1和螺旋$2互为反螺旋,其中“ｏ ”表示两螺旋的互易积。

1. 3使动螺旋

使动螺旋是指在支链中,除驱动螺旋之外,与其他运动螺旋互易积都等于零的螺旋,从物理意义上理解,即支链驱动副作用于动平台上的力或力偶,用$a表示。当$a= ( l m n ; p q r)时,表示作用力; 当$a= (0 0 0 ; l m n)时,表示一个作用力偶。

2 3R1T解耦并联机构输入输出分析

不失一般性,本文综合的3R1T解耦并联机构具有绕X、Y、Z轴方向的转动特征和沿Z轴方向的移动特征。可以利用互易螺旋理论对3R1T解耦并联机构瞬时运动速度特点进行分析。如果$ji表示第i条支链上的第j个运动副的运动螺旋,而表示速度,T表示动平台的输出速度矢量,则:

式中,Fi为第i条支链的基本运动副的个数。

如果$ai表示第i条支链上的使动螺旋,那么$ai与这条支链上除驱动螺旋之外的其他所有运动螺旋互易积都为0,分别对式(3) 两侧乘上$Tai,用表示属于T的子空间矢量,可得

式(4) 也可以写作如下矩阵形式:

分支约束螺旋系限制了动平台沿平行于X、Y轴方向的移动自由度,即v中平行于X、Y轴方向的任何分量都恒为0。对应的使动螺旋为$ai(i=1,2,3,4),在式(5)中将使动螺旋的形式改变但并不改变式(5)的意义,可得

其中,是从中去除常量0 之后的其他分量构成的,是末端操作器的线速度,Jr和Jv分别为正逆雅可比矩阵。

如果Jv是可逆阵,则有

取

J为机构的雅可比矩阵。

当机构的雅可比矩阵有一列只有一个非零元素时,则机构满足解耦并联机构条件。式(8) 表明,机构的雅可比矩阵可由正逆雅可比矩阵得到,由式(7)知,若正雅可比矩阵为非零对角阵,则机构的雅可比矩阵满足解耦条件。

3 3R1T解耦并联机构型综合原理

由第2 节的结论可知,如果能保证机构的正逆雅可比矩阵均为对角阵,则此机构一定是解耦并联机构。基于此结论,提出了一种利用螺旋理论来构造正逆雅可比矩阵均为对角阵的方法。机构的正逆雅可比矩阵由机构支链的驱动螺旋和使动螺旋决定,因此通过给定每条支链作用在动平台上的使动螺旋,得到支链上对应的驱动螺旋,再根据互易螺旋理论得到支链上其他运动螺旋,由不同的支链连接度,可以得到不同的支链结构。文献[18]指出对于移动解耦并联机构,其驱动副既可为移动副,也可为转动副,当驱动副为转动副时,该分支需同时具有一个与驱动副构成2R平行子链的转动副(下文中简称2R平行子链转动副),相当于一个转动副和一个移动副的线性组合,其作用效果和用移动副作为驱动副是相同的。

结合以上分析,可依据独立驱动原则,利用螺旋理论完成3R1T解耦并联机构的构型,具体过程如下:

(1)根据支链独立驱动原则和机构正逆雅可比矩阵为对角阵的要求,确定支链驱动控制的动平台输出自由度,然后给出该支链驱动副作用于动平台的使动螺旋形式。

(2)根据使动螺旋确定支链中的驱动螺旋,其中当使动螺旋为力线矢类螺旋时,驱动副可以是移动副或者是2R平行子链转动副,对应的驱动螺旋为偶量螺旋或力线矢螺旋;当使动螺旋为偶量类螺旋时,驱动副只能为转动副,对应的驱动螺旋为力线矢螺旋。

(3)根据支链上除驱动螺旋之外的其他运动螺旋和使动螺旋的互易积为0 的特点,根据反螺旋准则可以推导出该支链上可以存在的除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,再根据连接度的不同即可推导出支链所有的结构类型。

(4)根据并联机构约束螺旋理论和解耦并联机构分支转动条件,依次选择四条支链连接动平台和定平台,即可获得期望的3R1T解耦并联机构。

其构型流程如图1 所示。本文构造的3R1T并联机构的正逆雅可比矩阵均为对角阵,属于解耦并联机构;同时机构的输出自由度是由独立的输入驱动提供,即每条支链只含有一个驱动副,控制动平台的一个输出自由度。

4 机构支链型综合过程

在下面的构型综合过程中,假设第一条支链提供动平台沿Z轴方向的移动驱动,第二、三、四条支链提供动平台绕X、Y、Z轴方向的转动驱动。由于并联机构分支必具有动平台的运动特征,所以综合的每条支链的连接度至少为4。下面根据上节中的构型原理分别给出四条支链的构型过程。

4. 1第一条支链的型综合过程

假设第一条支链只提供对Z轴的移动驱动,正雅可比矩阵中第一排只有一个非零元素[Jr]11。第一条支链只提供沿Z轴方向的移动驱动,则可知驱动副作用于动平台上的使动螺旋为线矢量螺旋,由于期望使动螺旋只对动平台沿Z轴方向有驱动力,所以使动螺旋的形式只能为

即使动螺旋与坐标系Z轴方向平行。由第3 节分析可知,支链一上的驱动螺旋有三种类型(依次为类型a、类型b、类型c):

将式(9) 代入式(7) 可得

由于f12和f13是与坐标系原点选择有关的变量,所以只要调整驱动副的位置使f12和f13不为零,则式(10) 中三种情况下[Jv]11均不为零。下面根据以上分析配置支链中除驱动螺旋之外的其他运动螺旋所组成的螺旋系,根据式(2) 和反螺旋定理可知支链中可能存在的螺旋系有以下几种:

(1) 与Z轴平行的线矢量螺旋系,此类螺旋系的维数最多为3,至少为1。

(2) 与Z轴垂直的偶量螺旋系,这类螺旋系的维数最多为2,且在支链中的方向互不平行。

(3) 与使动螺旋轴线相交的线矢量螺旋系,其维数至少为2,其轴线方向分别平行于X轴方向和Y轴方向,且其轴线交于一点。

4. 1. 1驱动副为沿Z轴方向的移动副

当驱动副为轴线平行于Z轴方向的移动副时,有

并联机构支链必含动平台的运动特征,因此该支链结构类型至少为3R1T。具体的支链一结构如表1 中第一类驱动所示,表中带有下划线的运动副表示驱动副。下标X、Y、Z表示运动副的轴线方向,T表示移动副,R表示转动副,为简化结构和直观分析,假设相邻运动副轴线均垂直或平行。在实际工程应用中则不然,可根据具体情况予以设计考虑。

4. 1. 2 驱动副为沿X轴方向的转动副

当驱动副为轴线平行于X轴方向的转动副时,有

当输入副为转动副时,相当于用一个2R平行子链替代沿Z轴的移动驱动,由第三节分析可知,2R平行子链驱动会带来另一方向的消极驱动,所以支链中需存在一个与消极驱动方向平行的移动自由度,所以可知此类分支的运动连接度至少为5 个。其具体支链配置类型如表1 中第二类驱动所示。

4. 1. 3 驱动副为沿Y轴方向的转动副

当驱动副为轴线平行于Y轴方向的转动副时,有:

分析原理同4. 1. 2 节。其具体支链配置类型如表1 中第三类驱动所示。其中4R1T类型为根据3R2T类型经过线性组合变换所得,线性变换需注意一个转动副和一个移动副线性组合成一个2R平行子链需满足一定条件,即原支链中存在垂直于该转动副轴线方向的两个移动自由度。具体的线性变换方法可参考文献[17],下文中其他类型变换同理。

需要说明的是,由于本文综合的并联机构的运动特征为三转一移,所以支链的连接度至少为4,又由于机构采用独立支链驱动,所以会有4 条支链,为简化机构结构,本文中构造的支链均不考虑支链中存在冗余运动副的情况;且限于篇幅,一类支链只给出一种排列情形,对于改变支链中运动副的排列顺序的情况也不予列出,下文中其余支链均按此处理。

4. 2 第二条支链的型综合过程

第二条支链只提供对X轴方向的转动驱动,支链驱动作用于动平台上的使动螺旋为偶量螺旋。由于本文综合的机构具有三维转动特征,基于支链独立驱动原则,所以支链上使动螺旋的形式只能为

设第二条支链上表示驱动副的驱动螺旋为$q2= [a2b2c2; d2e2f2]。由于综合的每条分支都具有三移一转运动特征,所以当驱动螺旋沿Y、Z方向具有转动分量时,可能会导致动平台具有沿Y、Z方向的转动自由度,破坏了机构的转动解耦特性,驱动螺旋只能为

将式(11) 和式(12) 代入式(7) 可得

由式(13) 可知,[Jv]22满足非零条件,所以有

确定了支链作用于动平台上的使动螺旋和驱动螺旋之后,可以根据反螺旋定理得到支链中可以存在的除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系。根据式(2) 和反螺旋定理可知满足条件的螺旋系有:

(1) 方向任意的偶量螺旋系,任意两个偶量的轴线不平行,此类螺旋在支链中最多有3 个,至少为1 个,且其轴线沿Z轴方向。

(2) 由与使动螺旋的轴线垂直的线矢量螺旋系可知,此类线性无关的线矢量有两个,且其轴线分别沿Y、Z轴方向,并相交于一点。

根据连接度的不同可得到第二条支链结构如表2 所示。

4. 3 第三条支链的型综合过程

假设第三条支链只提供对Y轴方向的转动驱动。第三条支链的型综合过程类似于第二条支链的型综合过程,同理可得第三条支链上的使动螺旋和主动螺旋分别为

根据以上方法给出其支链具体结构类型见表3。

4. 4 第四条支链的型综合过程

若第四条支链只提供对Z轴方向的转动驱动,则驱动副作用于动平台上的使动螺旋为偶量,第四条支链的综合过程类似于第二、三条支链,以下只作简述。同理可知,第四条支链上的使动螺旋和驱动螺旋分别为

据此可得到除驱动螺旋之外的其他运动螺旋所组成的螺旋系,并据此配置支链结构可能类型,在此直接在表4 中给出具体的支链结构类型。

5 解耦3R1T并联机构型综合

对于并联机构的综合方法,有基于运动特征的综合,也有利用约束螺旋理论的方法,本文通过构造四条支链再组合四条分支所得到的并联机构均为非对称结构,所以不适合用约束螺旋理论综合,本文采用基于运动特征的综合方法。

由于本文综合的并联机构具有三维转动特征,根据并联机构转动条件,即任意两分支需能提供垂直于转动方向的平面移动自由度,在选择组合四条支链时,需注意以下准则:

(1)当有一条(且只能为一条)支链的连接度为4,另三条支链的连接度必须为6。

(2)当有一条支链的连接度为5,此时需有一条对应的连接度为5 的支链,且两条支链刚好具有三维移动特征。如一条移动特征为沿X、Z轴方向,则另一条需具有Y、Z方向的移动特征,其余两条支链的连接度需为6。

图2 为根据以上方法得到的一种解耦3R1T并联机构。图中所示并联机构的支链结构分别为TZRXRYRZ、RXTYTXTZRYRZ、RY1RY2TZRX1RX2RZ、RZ1RZ2TYRX1RX2RY,其中固定基座、动平台如图2中所示,驱动副直接与固定基座相连,四条支链分别提供了动平台绕X、Y、Z轴方向的转动自由度和沿Z轴方向的移动自由度。

如图2 所示,选取四条支链的第一个运动副为输入副,且直接与固定基座相连。定义符号:l1为支链一上沿Z轴方向表示驱动输入的移动距离;θ1为支链二上沿X轴方向驱动副的输入;θ2为支链三沿Y轴线方向转动输入的角度;θ3为支链四沿Z轴方向转动输入的角度。

坐标系如图2 中所示,根据以上分析可知,初始时刻,机构输入分别为l1、θ1、θ2、θ3,设动平台的对应输出量分别为z、α、β、γ,则根据上述解耦并联机构组成特点,可得

式(14) 两边对时间t求导,可得

式(15) 也可以被写作:

所以,可得机构雅可比矩阵:

由式(17) 可以看出,该机构的雅可比矩阵J为单位对角矩阵,表明该并联机构是解耦并联机构,同时验证了上述构型综合方法的正确性。

6 结论

(1)本文基于螺旋理论,提出了解耦并联机构型综合的一种系统方法,通过分析解耦并联机构雅可比矩阵所要满足的条件,给出了构型原理的具体步骤。

(2)运用该型综合方法,完成了3R1T并联机构的构型综合问题,首先综合3R1T四自由度解耦并联机构各条支链,再组合各条支链连接动平台和定平台得到3R1T解耦并联机构。

(3)基于螺旋理论分析了综合得到的一种机构的运动特征,求得机构的雅可比矩阵,验证了并联机构的解耦。证明了构型理论正确性。

基本构型 篇6

2007年8月20日,台湾中华航空公司一架波音737-800在日本冲绳县那霸机场降落后,突然发生爆炸并冒出浓烟,飞机断成三截,但机上155名乘客全部安全撤离,亿万观众通过电视看到了这一情景。成功撤离,除了机组人员的训练有素外,严格的适航要求和严谨的适航验证也起到了至关重要的作用[1]。

空客为了取得A380的适航认证,征集了1100名志愿者进行应急撤离试验,验证当飞机出现紧急情况而不得不应急着陆时,飞机上的乘客能否安全、迅速地从飞机上撤离。这也是该型号飞机能否获得欧洲航空安全局(EASA)和美国联邦航空局(FAA)办法的型号合格证的关键性试验之一[2]。

应急撤离地面演示验证的要求最初是对营运人提出的,1965年3月生效的FAR 121部第121-2修正案(§121.291)规定,营运人必须通过实际演示证明机组执行既定应急撤离程序的能力,并以此保证机组内部的分工切合实际。对于客座量在44座以上的民用飞机,这一要求则是在1967年10月24日生效的FAR 25部第25-15修正案(§25.803)中规定的,其目的是验证新型和(或)改型飞机的应急撤离能力[3]。

CCAR25部第25.803条应急撒离

(c)对客座量大于44座的飞机,必须表明其最大乘座量的乘员能在90秒钟内在模拟的应急情况下从飞机撤离至地面,该乘座量包括申请合格审定的中国民用航空局有关营运规定所要求的机组成员人数在内。对于这一点的符合性,必须通过按本部附录J规定的试验准则所进行的实际演示来表明,除非中国民用航空局适航部门认为分析与试验的结合足以提供与实际演示所能获得的数据等同的数据资料。

根据CCAR25部第25.803条及附录J规定,同时结合AC25.803-1A,当出现下列情况时,必须进行全尺寸演示验证:

(1)无足够试验数据可用于分析验证;

(2)出口类型与数量不同于经批准的布局,且所要求的客座量接近§25.807(c)许可的限制值;

(3)经分析表明某些出口的撤离人数超出了原演示验证的这类出口撤离人数;

(4)机组工作比原演示验证过的更复杂或体力要求更强,已使原来演示结果无效;

(5)在出口布局不变情况下,旅客座椅配置方案较原演示过的飞机增加了百分之五以上[4,5]。

全尺寸演示验证通常在真实飞机上进行,确定演示验证的构型是试验的基础,对演示机内外布置又是构型中最重要的组成部分。

1客舱布置方案确定

通常一款民用飞机,针对航空公司的不同需求,会有多种客舱布置方案。以某型单通道客机为例,该型飞机客舱有三种布置方案,分别是高密度舱176座,排距为30英寸/29英寸;全经济舱164座,排距为32英寸;混合舱150座,其中商务舱12座,排距36英寸,经济舱138座,排距32英寸。布置图如图1所示。

针对不同客舱布置方案,应选取最不利的布置方案作为试验对象,如果最不利的布置方案在应急撤离演示中符合适航条款要求,则其它布置方案按照相似类比的原则即符合适航条款要求。

判断是否为最不利的布置方案,需要综合考虑座椅间过道最低要求宽度、前、后登机门通道最低要求、前、后服务门通道最低要求、翼上应急门通道最低要求、座椅排距、乘客人数、乘务员人数、应急设备布置等。该型单通道客机客舱三种布置方案的对比如表1所示。

从上述表1中各项因素的分析结果可知,176座高密度级客舱布置方案对于地面应急撤离最为不利,试验应选取该构型的客舱布置方案。

2其他布置要求

a)起落架状态

飞机必须处于起落架放下的正常姿态。

b)模拟障碍物的摆放

开始演示前,将总平均量一半左右的随身携带行李、毯子、枕头和其它类似物品分放在过道和应急出口通道上的若干地点,以模拟轻微的障碍。为了模拟更典型的飞行场景,应当在客舱安全简介之后摆放这些障碍物。

根据AC25.803-1A的要求,模拟随身行李可以是小型手提箱、运动包、航空旅行箱、公文包等,里面填充上衣物或报纸,以可以放置到旅客座椅下方为合适的尺寸。随身行李应当放置在主过道上,大约每排一个包,还有些包应放在通道上,大约和主过道上一样的间距。另外,枕头和毯子应当散落在主过道上,大约每两排一个枕头或一个毯子。

c)舱门和窗户的布置

演示开始时,所有外部舱门和驾驶舱门应关闭。为了防止客舱内能看见机外情况,应在驾驶舱窗户、客舱窗户、应急出口的观察窗从机外一侧完全贴上不可以透光的布,并将遮阳板关闭。

每个外部舱门和出口以及每个内部舱门或帘布必须处于起飞时的状态,所以厨房门帘必须处于收起状态。

d)不可使用的出口布置

演示中可以使用的出口由每对出口中的一个组成,演示开始前,申请人指定哪些应急出口可以使用,并提交审查方批准。审查方有权利同意或者不同意申请方的提议。

对于演示中不可使用的应急出口,应使用机械方法使其不可打开并在乘务员和旅客尝试开门前不被察觉。将在参试人员登机后,由工作人员从机外使用封箱胶带将不可使用的应急出口的外手柄固定在门完全关闭的位置,使其从手柄槽中无法脱出,胶带贴在外手柄远离手柄转轴的一端。

由于工作人员在机外使用封箱胶带将不可使用的应急出口的外手柄固定时,机组人员或旅客有可能会察觉到工作人员的操作并提前得知演示中那些出口可以使用,所以工作人员同时对于可以使用的应急出口进行下列操作:从机外使用封箱胶带,贴在舱门外蒙皮上,不能影响应急出口舱门开启

e)观察员座椅的安装

驾驶舱内应安装观察员座椅,但是试验中不允许人员乘坐。

f)应急设备的安装

必须装齐飞机计划运行所要求的一切应急设备。

机组人员在应急撤离演示中不可以使用手电筒。

h)旅客安全须知卡的放置

旅客安全须知卡放置在对应杂物袋中。

i)审查方观察人员的站立区域

在演示过程中允许两个审查方观察人员分别在客舱内的前部和后部对试验现场进行监视

3结束语

本文通过对比不同客舱布置方案,以及其他内外部布置要求,确定了最不利的客舱构型,同时对起落架状态、模拟障碍物的摆放、舱门和窗户的布置等方面进行研究,明确了民用飞机应急撤离地面演示试验的构型要求,为后续机型的试验构型的确定提供指导。

摘要：民用飞机应急撤离地面演示试验是民用飞机适航取证工作中最重大的一项全机性适航验证试验。试验构型的确定是该试验最关键的要素之一,直接影响到试验程序的合理性。本文通过对全尺寸演示机的内外布置进行逐项研究,明确演示构型要求,对确定后续机型的应急撤离试验构型提供了一些参考。

关键词：民用飞机,应急撤离,演示试验

参考文献

[1]马健.90秒内撤离浅谈运输类飞机应急撤离的适航验证要求[J].国际航空,2009(08):59-60.

[2]汪萍.空客A380应急撤离试验[J].民用飞机设计与研究,2006(03):10-13.

[3]中国民用航空总局,大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则[Z].2010-1-4:34-36.

[4]中国民用航空总局,中国民用航空规章第25部运输类飞机适航标准[S].2011-11-7:80.

机场平面交通构型与数据结构分析 篇7

关键词：机场,交通构型,数据结构分析

1 机场平面交通分析

任何一个机场建成并投入使用后, 它的一些基本信息就确定了, 这些基本信息通常公布在航行资料汇编 (AIP) 中, 现将机场的一些基本信息解释说明。

1) 机场:在陆地上或水上的一块划定区域 (包括建筑物、设施和设备) , 其全部或部分是供航空器到达、起飞或地面活动之用。

2) 机场基准点:用以标定机场地理位置的一个点。中国民航 (CAAC) 规定一般以主跑道中线的中点作为机场基准点, 用经纬度表示, 精确到秒;国际民航组织 (ICAO) 规定一般以机场的几何中心作为机场基准点, 用经纬度表示, 精确到秒。任何一个机场必须设置一个机场基准点, 在首次设定后一般保持不变。

3) 机场标高:机场主跑道中线上最高点的标高, 精确到米。

4) 机场基准温度:机场或接近机场的气象台、站所记录的平均年最热月的日最高气温的月平均值, 以摄氏度计。 (至少应取5年的平均值) 。

5) 机场磁差:从机场基准点指向地理北极和地磁北极的两条射线之间的交角, 精确到分。规定若指向地理北极的射线在指向地磁北极的射线的东边, 则在角度后加上字母E, 否则加上字母W。

6) 可用起飞滑跑距离:适宜于航空器起飞时作地面滑跑使用的跑道长度。

7) 可用起飞距离:可用起飞滑跑距离加上净空道长度。

8) 可用加速停止距离:可以起飞滑跑距离加上停止道长度。

9) 可用着陆距离:适宜于航空器着陆时作地面滑跑使用的跑道长度。

2 影响机场平面交通的机场构型

影响机场平面交通的机场构型包括跑道、净空道、停止道、滑行道、停机坪等, 下面逐一论述。

2.1 跑道

跑道是指在陆地机场上划定的长方形地区, 供航空器起飞和着陆之用。

2.1.1 跑道长度

航空器基准飞行场地长度指在标准条件下, 即海平面, 气温15°C, 无风, 跑道无坡度的情况下, 以航空器规定的最大起飞重量为准的最短平衡跑道长度。对于非标准条件的机场, 基准飞行场地长度按下列平均修正系数加以修正后确定。

1) 海拔修正:按机场海拔每高出海平面100米, 跑道长度增加2.5%。

2) 气温修正:经过还把修正后的跑道长度, 按机场基准温度超过该机场海拔的标准大气温度每1°C, 增加跑道长度1%。如海拔和气温两项修正的总和超过修正前长度35%, 应作专门研究确定。

3) 坡度修正:经过海拔和气温修正后的跑道长度, 再按跑道有效坡度 (跑道中线上最高点和最低点标高之差除以跑道长度) 每0.1%, 增加跑道长度1%。

2.1.2 跑道宽度

跑道宽度根据航空器的翼展长度和主起落架外轮外侧间距而定。飞行区等级代码为1的跑道宽度为18~23米;为2的跑道宽度为23~30米;为3的跑道宽度为30~45米;为4的跑道宽度为45米。

2.1.3 跑道PCN

跑道PCN反映了道面的承载能力, PCN越大, 道面承载能力越强, 允许起落越重的飞机。一条跑道的PCN, 一般来说是固定的, 但是如果道面强度受冰冻等条件影响而由季节性变化的话, 则可以在不同季节有不同的PCN值 (冰冻影响土基强度) 。

跑道的PCN由修建部门提供, 表示方法如下:PCN90/R/A/X/U, PCN43/F/A/X/U……, PCN后面的数字代表了该跑道的等级号, 它与道面厚度、道面材料 (水泥铺筑面还是沥青道面) 有关。在数字后面有四个字母, 第一个字母可以是R或者F, R (HIGH) 代表刚性道面 (硬道面) 即水泥道面, F (FLEXIBLE) 代表柔性道面 (软道面) 即沥青铺筑面;第二个字母可以是A、B、C、D之一, 反映了道基的强度大小, A表示:地下土质高强度, B表示:地下土质中等强度, C表示:地下土质低强度, D表示:地下土质特低强度;第三个字母可以是X、Y、Z、W之一, 代表允许的轮胎压力, W表示允许的轮胎压力是高压, X表示允许的轮胎压力是中等压力, Y表示允许的轮胎压力是低压, Z表示允许的轮胎压力是超低压;第四个字母是T、U之一, 表示评价手段, T表示技术监定, U表示试飞或经验评定。

2.1.4 跑道入口内移

位于跑道头的一段距离, 航空器不能着陆在此段距离范围之内, 但此段距离可以用于航空器起飞滑跑。

2.1.5 跑道道肩

跑道道肩是紧靠铺筑面边经过整备作为铺筑面在邻接面之间过渡用的地区, 共航空器哦燃化出跑道时, 使航空器的结构不致遭受损坏。跑道道肩的宽度根据跑道的宽度确定。飞行区等级代字为A、B、C的道肩宽度, 跑到两侧各1.5米;为D、E的道肩宽度, 使跑道宽度而定, 跑道宽度加道肩宽度等于60米;如果跑道宽60米, 则两侧道肩各1.5米。

2.2 停止道

机场每条跑道都不一定要设置停止道, 但设置停止道可以增加跑道的可用加速停止距离。停止道设在跑道端部, 宽度应同它相连接得跑道的宽度相同, 停止道应整备或修建得使在中断起飞的情况下, 能够承受准备使用该停止道的航空器, 不致引起航空器的结构损坏。

2.3 净空道

机场每条跑道都不一定要设置净空道, 但设置净空道可以增加跑道的可用起飞距离。净空道的起始点应在可用起飞滑跑距离的末端, 长度应不超过可以起飞滑跑距离的一半, 宽度应自跑道中线延长线向两侧横向延伸至少25米, 在净空道范围内不应出现危及飞机安全的障碍物。

2.4 滑行道

滑行道是机场内供飞机滑行的规定通道。滑行道的主要功能是提供从跑道到候机楼区的通道, 使已着陆的飞机迅速离开跑道, 不与起飞滑跑的飞机相干扰, 并尽量避免延误随即到来的飞机着陆。此外, 滑行道还提供了飞机由候机楼区进入跑道的通道。滑行道可将性质不同的各功能分区 (飞行区、候机楼区、飞机停放区、维修区及供应区) 连接起来, 使机场最大限度地发挥其容量潜力并提高运行效率, 滑行道应以实际可行的最短距离连接各功能分区。

滑行道分主滑行道、快速脱离道、联络道和辅助滑行道。主滑行道又称干线滑行道, 是飞机往返于跑道与机坪的主要通道, 通常与跑道平行。联络道大多与跑道正交, 快速脱离道与跑道的夹角介于25°与45°之间, 最好取30°。飞机可以较高速度由快速出口滑行道离开跑道, 不必减到最低速度。出口滑行道距跑道入口的距离取决于飞机进入跑道入口时的速度 (进场速度) 、接地速度、脱离跑道时的速度、减速度以及出口滑行道数量、跑道与机坪的相对位置。出口滑行道数量应考虑高峰时运行飞机的类型及每类飞机的数量。一般在跑道两端各设置一个进口滑行道。对于交通繁忙的机场, 为防止前面飞机不能进入跑道而妨碍后面飞机的进入, 则通过设置等待坪、双滑行道 (或绕行滑行道) 及双进口滑行道等方式解决, 为确定起飞顺序提供了更大灵活性, 也提高了机场的容量和效率。

滑行道应有足够宽度。由于滑行速度低于飞机在跑道上的速度, 因此滑行道宽度比跑道宽度要小。滑行道的宽度由使用机场最大的飞机的前后轮距和主起落架外轮轮距而定, 要保证飞机在滑行道中心线上滑行时, 它的主起落轮的外侧距滑行道边线不少于1.5~4.5m。在滑行道转弯处, 它的宽度要根据飞机的性能适当加宽。

一般情况下, 滑行道所受载荷比跑道更重。滑行道比跑道窄, 机轮几乎沿不变的轨迹滑行, 在滑行道上滑行时, 飞机速度很低, 机翼几乎不产生升力, 特别是在起飞时, 飞机以全重作用在滑行道上, 同时在滑行道上飞机运行密度通常要高于跑道。因此, 飞机的总重量和低速滑行时的压强就会比跑道所承受的略高。所以滑行道道面强度要和配套使用的跑道两端的强度相等或更高。

飞机机位滑行通道和机坪滑行道均为机坪上的滑行道。辅助滑行道供飞机通向维修坪或隔离坪等所用。

2.5 停机坪

停机坪, 是指在陆地机场上划定的一块供飞机上下旅客、装卸货物和邮件、加油、停放或维修之用的场地。停机坪的面积要足够大, 以保证进行上述活动的车辆和人员的行动, 机坪上用漆标出运行线, 使飞机按照一定线路进出滑行道。

停机坪包括站坪、维修机坪、隔离机坪、等候机位机坪、等待起飞机坪等。停机坪上设有供飞机停放的划定位置, 即停机位。停机坪 (特别是客货机坪) 供飞机长时间停放、满载滑进滑出, 其强度有一定的要求, 所以停机位也并不是所有的飞机都能停放, 有最大能停放的机型的限制。

一个机场并不是所有的停机位都设有廊桥, 有些停机位还有被某公司、国际航班、国内航班专用等限制。

3 数据库的建立

数据库是数据管理的最新技术, 具有数据结构化、最低冗余度、较高的程序与数据独立性, 易于扩充、易于编制应用程序等优点。数据库从最初的数据文件的简单集合发展到今天的大型数据库管理系统, 已经成为我们日常生活中不可缺少的组成部分。如果不借助于数据库的帮助, 许多简单的工作将变得冗长乏味, 甚至难以实现。

建立表结构是建立数据库的一个重要的组成部分, 考虑到分析机场平面交通的实际需求, 本数据库建立了机场、跑道、滑行道、主滑行道、联络道、快速脱离道、停机坪、停机位、位置点、路段、航空器滑行路线、车辆行驶路线的表结构, 下面就以机场的表结构为例论述。

机场表中共有11个属性, 分别为机场名称、机场四字地名代码、机场基准点经度、机场基准点纬度、机场标高、机场磁差、机场基准温度、机场跑道构形和备注。其中, 机场四字地名代码为该表的主键。建立的表结构如表2-1所示:

举例:北京首都国际机场的机场表结构如下表所示:

参考文献