全電控液壓作動正常/應急剎車系統(tǒng)架構研究

引言：文中介紹了一種正常/應急式全電控液壓作動的飛機剎車系統(tǒng)架構，該系統(tǒng)由相互獨立的正常剎車系統(tǒng)和應急剎車系統(tǒng)組成，且兩個系統(tǒng)均為電控液壓作動。同時，基于該系統(tǒng)架構為系統(tǒng)組件分配了研制保證等級，從而驗證了該架構可在較低地研制成本下滿足飛機安全性要求。

飛機的剎車系統(tǒng)是關乎飛機起飛、著陸安全及其性能的重要組成部分，傳統(tǒng)的剎車系統(tǒng)架構為正常/應急式，應急式采用全機械鋼索控制，維護繁瑣，且會增加重量成本。本文基于傳統(tǒng)的正常/應急式剎車系統(tǒng)架構，給出了一種全電控的正常/應急剎車系統(tǒng)架構。該剎車系統(tǒng)可實現(xiàn)四輪獨控、內外輪控制，且架構中的所有控制指令均由電氣信號發(fā)出，在保證系統(tǒng)余度的同時，還可降低維護的繁瑣性。此外，通過研制保證等級（DAL）的分配，驗證了其可在較低研制成本下滿足飛機安全性要求。

一、系統(tǒng)架構

（一）正常剎車系統(tǒng)

正常剎車系統(tǒng)由剎車控制器BCU控制，為實現(xiàn)防滑功能，該控制器選用數(shù)字控制器。其采用4個獨立的剎車控制閥，分別用于調節(jié)對應單個機輪的剎車壓力，從而實現(xiàn)各機輪剎車壓力的單獨控制。正常剎車系統(tǒng)采用兩個獨立的切斷閥，且控制器內使用獨立的內外側控制模塊，內側和外側機輪剎車分別采用飛機#1和#2液壓系統(tǒng)供壓，可使內/外側兩個機輪剎車均實現(xiàn)完全獨立的剎車壓力控制。

此外，正常剎車系統(tǒng)還包含4個液壓保險、4個壓力傳感器和4個輪速傳感器。液壓保險確保起落架上任意一路剎車液壓管路在發(fā)生泄漏或剎車裝置液壓油泄漏的情況下，能及時關閉，從而防止液壓油的繼續(xù)泄漏。4個壓力傳感器分別讀取對應機輪的剎車壓力，4個輪速傳感器分別讀取對應機輪的機輪轉速，而剎車控制器當接收到剎車壓力和機輪轉速后，則可實現(xiàn)對4個主機輪的單獨待反饋獨立剎車控制。

（二）應急剎車系統(tǒng)

應急剎車系統(tǒng)由應急剎車控制器EBCU控制，由于該控制器僅執(zhí)行應急剎車功能，無需具備防滑功能，因此可采用模擬電路設計，降低研發(fā)成本。通過雙通道的應急剎車閥控制內側和外側機輪的剎車壓力，應急剎車系統(tǒng)內/外側機輪剎車回路均由壓力傳感器提供剎車壓力信息反饋，從而為飛行員執(zhí)行應急剎車時提供參考。

該剎車系統(tǒng)總體架構，如圖1所示。

圖1剎車系統(tǒng)總體架構

（三）獨立非相似余度設計

在電氣控制方面，正常剎車系統(tǒng)采用數(shù)字式控制器，應急剎車系統(tǒng)則采用模擬電路控制器，二者為獨立非相似設計。正常剎車系統(tǒng)和應急剎車系統(tǒng)均有獨立的輪速傳感器和壓力傳感器，因此實現(xiàn)了信號反饋的獨立性設計；而在機械控制方面，正常剎車系統(tǒng)和應急剎車系統(tǒng)均有獨立的機械控制元件，從而實現(xiàn)了物理上的獨立。

應急剎車系統(tǒng)作為正常剎車系統(tǒng)的備用系統(tǒng)，需在應急情況下使用。正常剎車系統(tǒng)具有剎車系統(tǒng)所需的全部功能，如剎車控制、防滑保護和接地保護等。只有當正常剎車系統(tǒng)失效后，才會啟用應急剎車系統(tǒng)，實現(xiàn)單一的比例控制剎車功能。

二、系統(tǒng)研制保證等級分配

（一）最嚴酷失效狀態(tài)

飛機級FHA分配給剎車系統(tǒng)的最嚴酷失效狀態(tài)為：著陸時未通告喪失減速功能（Ⅰ級）；

在系統(tǒng)級FHA中落實為：著陸時未通告完全喪失機輪剎車功能（Ⅰ級）。

（二）研制保證等級分配

根據SAEARP4754A提供的研制保證等級分配的一般原則，在一個系統(tǒng)構架內，某些通道作為其他通道的備用，即只有主要通道發(fā)生故障后，才會使用備用通道。若主要通道可滿足頂層要求，則備用通道DAL可比頂層DAL低兩級，但>D級。這種分配須得到適航審定機構的同意和認可。結合系統(tǒng)架構特點，本文介紹的剎車系統(tǒng)研制保證等級分配結果如下：

1、根據系統(tǒng)級FHA，著落時“無通告喪失機輪剎車功能”為Ⅰ級，為其分配FDAL為A級；

2、機輪剎車功能可通過正常剎車系統(tǒng)、應急剎車系統(tǒng)完成，正常和應急剎車系統(tǒng)的液壓與電氣控制均不共用，采取獨立設計。應急剎車系統(tǒng)采用模擬電路控制，與正常系統(tǒng)獨立非相似設計。根據DAL分配原則，結合系統(tǒng)構架及工程經驗，為“正常剎車系統(tǒng)故障”分配A級，“應急剎車系統(tǒng)故障”分配C級；

3、飛機#1液壓系統(tǒng)故障、正常剎車系統(tǒng)元件故障和BCU無法按指令控制剎車，其中任一事件發(fā)生，則均會導致正常剎車系統(tǒng)故障，因此為這3個事件分配A級；

4、BCU故障引起剎車失效或BCU供電失效，任意一種均會導致BCU無法按指令控制剎車，故為兩中事件分配A級；

5、BCU軟/硬件任意一種失效將均會導致剎車失效，因此為BCU軟、硬件均分配A級。

三、結束語

文中給出了全電控液壓作動式正常/應急剎車控制模式的剎車系統(tǒng)架構，降低了全機械式應急系統(tǒng)的維護難度。通過研制保證等級的分配，應急系統(tǒng)研制保證等級為C，證明了該系統(tǒng)架構可在較低研制成本下完成，并符合飛機安全性要求。

參考文獻

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（作者單位：上海飛機設計研究院 液壓系統(tǒng)設計研究部）

作者簡介

鄭占君（1984-），男，碩士。研究方向：剎車控制。