飛機(jī)地面方向綜合控制系統(tǒng)初探

何學(xué)工，劉勁松，閔 麗

● （西安航空制動(dòng)科技有限公司，陜西西安 710065）

飛機(jī)地面方向綜合控制系統(tǒng)初探

何學(xué)工，劉勁松，閔 麗

● （西安航空制動(dòng)科技有限公司，陜西西安 710065）

本文在簡(jiǎn)介機(jī)輪剎車系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，提出了緊跟國(guó)外飛機(jī)先進(jìn)技術(shù)的地面綜合控制系統(tǒng)的方案設(shè)想。對(duì)系統(tǒng)方案的技術(shù)內(nèi)涵、功能特點(diǎn)進(jìn)行了描述，對(duì)關(guān)鍵附件的技術(shù)路線進(jìn)行了分析，指出了機(jī)輪剎車系統(tǒng)和前輪操縱專業(yè)的發(fā)展方向。

機(jī)輪剎車；前輪轉(zhuǎn)彎操縱；地面綜合控制

0 引言

前輪轉(zhuǎn)彎和剎車系統(tǒng)都是飛機(jī)在起飛著陸和地面滑行時(shí)必須用到的重要系統(tǒng)，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)大多數(shù)飛機(jī)上述兩個(gè)系統(tǒng)都是相互獨(dú)立的，系統(tǒng)構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜、附件數(shù)量多，對(duì)飛行員操作水平要求較高[1-2]。隨飛機(jī)發(fā)展與數(shù)字化管理的需要及機(jī)載系統(tǒng)向公共一體化發(fā)展的需要，將地面方向控制與防滑剎車控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合成為必然趨勢(shì)，一方面有利于提高系統(tǒng)集成度和整體性能，減小總成本，另一方面可滿足地面操縱可靠性、靈巧性和智能化的需要。

1 機(jī)輪剎車系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)發(fā)展概述

早期飛機(jī)一般裝備冷氣慣性防滑剎車系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代初，西方國(guó)家開(kāi)始研制液壓操縱的電子防滑剎車系統(tǒng)，很快獲得普遍應(yīng)用。20世紀(jì)80年代初西方發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始研制電傳操縱的帶余度的數(shù)字式防滑剎車系統(tǒng)，并于20世紀(jì)90年代初在飛機(jī)上首次試飛成功，目前國(guó)外新型軍民用飛機(jī)已普遍采用此類系統(tǒng)[3-5]。

目前國(guó)內(nèi)機(jī)輪剎車廠家在跟蹤和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制成功了各種電子防滑剎車系統(tǒng)和數(shù)字式電傳剎車系統(tǒng)，以其功能完備、技術(shù)先進(jìn)、性能好和效率高等顯著特點(diǎn)在機(jī)輪剎車系統(tǒng)中占據(jù)了統(tǒng)治地位，并得到了大量應(yīng)用。系統(tǒng)的綜合性能已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)在20世紀(jì)80年代以前一般用手輪和腳蹬進(jìn)行操縱，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)和拉動(dòng)轉(zhuǎn)彎分配活門(mén)，然后由液壓作動(dòng)筒來(lái)驅(qū)動(dòng)前起落架，從而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎功能，是一種機(jī)械液壓系統(tǒng)。20世紀(jì)80年初，隨電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外軍機(jī)開(kāi)發(fā)了電傳轉(zhuǎn)彎技術(shù)，由電纜連接各部件，同時(shí)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎控制律以提高操縱性能，即電傳轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)20世紀(jì)80年代末開(kāi)始此項(xiàng)技術(shù)研究，但進(jìn)展很快，在20世紀(jì)80年代已試飛成功并得到廣泛應(yīng)用。

2 國(guó)外地面綜合技術(shù)發(fā)展

為適應(yīng)機(jī)電綜合管理的需要，進(jìn)一步減輕飛行員起飛著陸的負(fù)擔(dān)，國(guó)外正在發(fā)展公共管理系統(tǒng)，將防滑剎車控制系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)納入其中，實(shí)行綜合控制。防滑剎車控制系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)作為公共管理的子系統(tǒng)，其控制功能已經(jīng)綜合到飛機(jī)分系統(tǒng)綜合控制器中。此項(xiàng)技術(shù)在民機(jī)上已得到廣泛應(yīng)用，如A320飛機(jī)以將機(jī)輪剎車和轉(zhuǎn)彎功能的控制功能集成到綜合控制器 BSCU中，減少了飛行員的操作，提高了飛機(jī)的綜合性能，使飛機(jī)維護(hù)性得到提高。

從國(guó)外系統(tǒng)構(gòu)成和控制規(guī)律來(lái)看，綜合系統(tǒng)增加了自動(dòng)增穩(wěn)控制，適用于在側(cè)風(fēng)、陣風(fēng)和推力反向的擾動(dòng)情況下保證地面方向的穩(wěn)定性。機(jī)輪剎車則采用先進(jìn)的數(shù)字式電傳剎車系統(tǒng)，具有防止機(jī)輪鎖死和止轉(zhuǎn)的全時(shí)防滑和保護(hù)功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)成多段剎車力矩控制，使剎車能量的不均度減少到最小，以保證踏板力與剎車力矩之間保持恒定關(guān)系。

3 國(guó)內(nèi)地面綜合技術(shù)現(xiàn)狀及研究方向

國(guó)內(nèi)雖然對(duì)單獨(dú)的防滑剎車系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)研究較深，但對(duì)防滑剎車和前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)研究較少，在性能估算以及仿真、試驗(yàn)（性能、環(huán)境適應(yīng)性及可靠性）等方面與國(guó)外有較大差距。

目前，飛機(jī)對(duì)綜合系統(tǒng)要求主要有以下方面：一是短距離起降；二是縮短再次出動(dòng)時(shí)間；三是地面操縱的靈活性、可靠性、智能化。為滿足飛機(jī)對(duì)綜合系統(tǒng)要求，有兩種研究思路，一是利用現(xiàn)有成熟技術(shù)研制數(shù)字電傳、液壓作動(dòng)的地面綜合控制系統(tǒng)；二是研制智能控制、電力作動(dòng)的地面綜合控制系統(tǒng)。

3.1 數(shù)字電傳、液壓作動(dòng)的地面綜合控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)的工作原理是由雙余度的兩自由度地面操縱指令傳感器將飛行員的剎車和前輪轉(zhuǎn)彎腳蹬指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸入給地面綜合控制裝置，該控制裝置根據(jù)防滑剎車控制規(guī)律、前輪轉(zhuǎn)彎控制率和地面綜合控制率來(lái)相應(yīng)控制液壓鎖、電液伺服閥、剎車裝置和組合液壓閥、前輪操縱作動(dòng)器，從而滿足飛機(jī)在地面操縱的需要。該綜合控制系統(tǒng)仍然能提供液壓正常剎車防滑、氣壓應(yīng)急剎車及氣壓牽引剎車和前輪操縱、減擺功能，系統(tǒng)控制采用余度管理自監(jiān)控控制，具有BITE功能。系統(tǒng)成件都設(shè)計(jì)成雙余度，提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠度，縮短再次出動(dòng)時(shí)間。

系統(tǒng)所屬的地面操縱指令傳感器是剎車指令傳感器和前輪轉(zhuǎn)彎指令傳感器的綜合，可感受飛行員剎車和蹬舵的兩自由度指令信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)提供給地面綜合控制裝置使用。

地面綜合控制裝置是防滑剎車控制裝置和前輪轉(zhuǎn)彎控制盒的綜合。該控制裝置不僅有防滑剎車和前輪轉(zhuǎn)彎控制功能，而且具有偏壓調(diào)節(jié)、接地保護(hù)，輪間交叉保護(hù)、前輪減擺等輔助控制功能，同時(shí)具有適用于側(cè)風(fēng)、陣風(fēng)和推力反向等擾動(dòng)情況下的自動(dòng)增穩(wěn)控制功能。

機(jī)輪速度傳感器為接觸式的雙信號(hào)速度傳感器，選用高強(qiáng)度的稀土磁鋼，提高信號(hào)品質(zhì)和信號(hào)強(qiáng)度，同時(shí)提高成件的使用壽命。

電液伺服閥繼續(xù)采用雙余度線圈，提高輸出壓力的精度和穩(wěn)定性，減小死區(qū)漂移。

組合液壓閥包括組合液電閥和功能轉(zhuǎn)換閥兩大部分。組合液電閥包括3個(gè)電磁閥，功能轉(zhuǎn)換閥包括一個(gè)主閥和兩個(gè)卸荷閥、三個(gè)阻尼閥。前輪操縱作動(dòng)器包括操縱作動(dòng)筒和反饋傳感器。

3.2 智能控制、電力作動(dòng)的地面綜合控制系統(tǒng)

智能控制、電力作動(dòng)的地面綜合控制系統(tǒng)，在控制規(guī)律和故障監(jiān)控及處理方面通過(guò)預(yù)先控制、自適應(yīng)控制和模糊控制等技術(shù)使系統(tǒng)工作更加平穩(wěn)和高效率。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)和附件的動(dòng)態(tài)工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和專家管理，從而具有一定的智能，提高飛機(jī)地面操縱系統(tǒng)的可靠性和維修性，保障飛機(jī)的出勤率，提升飛機(jī)的戰(zhàn)斗力。

該系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是采用新型的磁光速度傳感器感受機(jī)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，抗污染能力強(qiáng)的射流管剎車閥替代噴嘴擋板電液伺服閥。地面綜合控制裝置采用智能控制器，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制規(guī)律，電路設(shè)計(jì)采用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)和接口，便于機(jī)電綜合和公共管理。同時(shí)該系統(tǒng)引入剎車力矩反饋信號(hào)，將剎車力矩設(shè)計(jì)成與剎車操縱力成比例關(guān)系，從而使飛機(jī)的減速完全平穩(wěn)可控。該系統(tǒng)的目標(biāo)是達(dá)到并超過(guò)國(guó)外先進(jìn)地面操縱系統(tǒng)的水平。

系統(tǒng)智能地面綜合控制器采用至少16位的微處理器設(shè)計(jì)智能綜合控制器，注重硬件的抗干擾能力、模塊化和通用接口設(shè)計(jì)，提高可靠性、可測(cè)試性和可維護(hù)性，以適應(yīng)未來(lái)新一代戰(zhàn)斗機(jī)采用公共設(shè)備智能管理系統(tǒng)的需要。

應(yīng)用預(yù)先控制、自適應(yīng)控制技術(shù)以及模糊控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論來(lái)研究地面操縱系統(tǒng)的控制規(guī)律，使得剎車系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎的控制律能更加適應(yīng)外場(chǎng)的不確定因素和飛機(jī)、機(jī)輪動(dòng)力學(xué)的高度非線性、時(shí)變性。同時(shí)研究系統(tǒng)自監(jiān)控技術(shù)、故障診斷及處理技術(shù)和系統(tǒng)容錯(cuò)技術(shù)，使得地面操縱系統(tǒng)的工作安全可靠，具有一定的智能。

新型磁光速度傳感器安裝在機(jī)輪軸內(nèi)靜止不轉(zhuǎn)，感受嵌入旋轉(zhuǎn)襯套中的鐵磁體元件的作用而得到機(jī)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，并通過(guò)靜止軸中的光纖輸出。該新型傳感器能真實(shí)反應(yīng)機(jī)輪的速度信號(hào)，提高信號(hào)的傳輸品質(zhì)。

射流管剎車閥是一種抗污染閥。該閥的最大特點(diǎn)是抗油液污染能力強(qiáng)，大大提高系統(tǒng)對(duì)外場(chǎng)和戰(zhàn)時(shí)條件的適應(yīng)能力。同時(shí)能通過(guò)力矩反饋信號(hào)探測(cè)到閥的故障。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)輪剎車系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)是飛機(jī)上重要的功能系統(tǒng)，將兩個(gè)系統(tǒng)綜合到一起可提高系統(tǒng)的集成度和綜合控制性能，減小總的成本，適應(yīng)飛機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，與分立系統(tǒng)相比，綜合系統(tǒng)在安全性、可靠性、維修性、保障性、質(zhì)量和費(fèi)用方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。

本文所提供的兩種發(fā)展思路，既考慮了國(guó)外先進(jìn)飛機(jī)的發(fā)展方向，又結(jié)合了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)，可使我國(guó)防滑剎車系統(tǒng)和前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)水平整體跨上新的臺(tái)階，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并可縮短研制、試驗(yàn)周期，降低成本，滿足飛機(jī)的需要。

[1]陸曉潔,謝利理,林暉.飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)的回顧與展望[J].航空科學(xué)技術(shù),2003(2):31-34.

[2]楊新文.某型飛機(jī)電子防滑剎車系統(tǒng)仿真研究[D].北京:北京航空航天大學(xué),1996

[3]智維列夫,科柯寧.航空機(jī)輪和剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1980.

[4]黃昌來(lái).飛機(jī)數(shù)字式防滑剎車系統(tǒng)新控制率的研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),1994.

[5]王占林.液壓傳動(dòng)及伺服技術(shù)[D].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998.

Discussion on Ground Plane Direction Integrated Control System

HE Xue-gong,LIU Jin-song,MIN Li
(Xi’an Aviation Brake Technology Co.,Ltd.,Xi’an 710065,China)

The paper puts forward two assumptions on ground control comprehensive system closely following the advanced technologies of foreign aircraft based on the description of wheel and brake system as well as nose wheel steering system.The technical connotation and functional feature of the system assumption are described,and the technical path of the key accessories is analyzed,and the development trend of the major of wheel -brake and nose-wheel steering is pointed out.

wheel brake; nose wheel steering; comprehensive ground control

V11

A

何學(xué)工（1968-），男，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)闄C(jī)輪剎車系統(tǒng)。