大型飛機機輪剎車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢

劉輝

摘要：大型飛機在客運、貨運方面的廣泛應用，對機輪剎車系統(tǒng)提出新的要求。機輪剎車系統(tǒng)對保障大型飛機安全運行具有重要意義，下文就大型飛機機輪剎車系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)詳細分析，著重分析其自動剎車技術(shù)、多支柱多輪系非對稱載荷防滑剎車控制技術(shù)等，并對大型飛機機輪剎車系統(tǒng)發(fā)展趨勢分析，希望將先進的人工智能技術(shù)、控制技術(shù)、電靜液急剎車技術(shù)等融入到大型飛機機輪剎車系統(tǒng)中，促進我國航空運輸行業(yè)持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大型飛機;機輪;剎車系統(tǒng);關(guān)鍵技術(shù);發(fā)展趨勢

大型飛機屬于衡量國家先進技術(shù)發(fā)展水平的重要標志，其對國民經(jīng)濟發(fā)展、維護國家安全及利益具有重要意義，且其涉及到電子、機械、材料、工業(yè)等內(nèi)容，屬于高精端技術(shù)，屬于工業(yè)高端領(lǐng)域。剎車系統(tǒng)是對飛機的制動，在短時間可吸收飛機著陸動能^[1]。剎車系統(tǒng)穩(wěn)定對飛機穩(wěn)定運行有直接影響，飛機安全著陸、下降穩(wěn)定、快速著陸等都需要剎車系統(tǒng)給予支持，文章對大型飛機設(shè)計中需著重考慮的關(guān)鍵技術(shù)的分析，旨在為促進大型飛機穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.大型飛機機輪剎車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1自動剎車

飛機著陸中，自動剎車自動調(diào)節(jié)剎車壓力，確保飛機以恒速率減速著陸，提高機內(nèi)乘客舒適度，減少飛行員工作符合，避免手動操作剎車不當，引發(fā)安全危險。

自動剎車技術(shù)有一定難點：

（1）自動剎車及防滑集成，實現(xiàn)自動剎車及防滑系統(tǒng)集成，減少剎車附件，減少剎車重量屬于難點問題，有效集成可提高系統(tǒng)維護性。

（2）自動剎車及 防滑剎車無縫結(jié)合屬于難點技術(shù)，提高自動剎車容錯性，可確保控制穩(wěn)定，即自動剎車及手動剎車穩(wěn)定切花，實現(xiàn)恒減速自動剎車及滑移率防滑剎車控制結(jié)合。

（3）自動剎車選擇技術(shù)，自動剎車減速率選擇方式通過數(shù)字模擬實現(xiàn)，分析航空機載總線技術(shù)不同自動剎車選擇技術(shù)是當下自動剎車重難點。

1.2多支柱多輪系非對稱載荷防滑剎車控制

非對稱載荷屬于飛機滑跑過程中，其左右起落架一側(cè)前后起落架受力不均，機輪受到不平衡外載荷影響。在傳統(tǒng)飛機剎車系統(tǒng)建模中，其未涉及到對非對稱載荷的分析，但是大型飛機運行均存在左右不對稱載荷，在同側(cè)前后起落架處載荷具有差異，飛機著陸中不同剎車機輪對應垂向載荷差異寄到，非對稱載荷關(guān)系復雜，其左右及前后機輪并非同步落地，一些機場側(cè)風現(xiàn)象，將影響載荷平衡^[2]。

1.3防滑剎車控制律設(shè)計驗證技術(shù)

傳統(tǒng)飛機防滑剎車控制律驗證中，以慣性臺試驗驗證，該方式適用于單輪飛機，可真實模擬飛機著陸中剎車過程。但是，對于多輪飛機而言，慣性臺試驗需投入大量試驗成本，在參數(shù)調(diào)節(jié)上面臨較大困難。因此，針對大型飛機防滑剎車控制律設(shè)計，多采用仿真方式試驗。仿真實驗一方面可以為產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計提供理論支持和試驗基礎(chǔ)，可提高產(chǎn)品可靠性，另一方面可節(jié)約研制上不合理操作的成本投入，可避免不必要步驟重復。在多輪式飛機防滑剎車控制試驗中，將起落架、機輪、防滑剎車等綜合使用，以確保各項系統(tǒng)直接具有協(xié)調(diào)性，可適應不同環(huán)境需求。

1.4附件集成技術(shù)

大型飛機主剎車機輪數(shù)量多，剎車系統(tǒng)控制以單輪控制，大型飛機機輪剎車機電附件多，閥類附件機輪沙策系統(tǒng)中，國外以液壓閥集成于閥塊表面或插入閥塊，組成系統(tǒng)，其體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，維護便捷^[3]。但是液壓集成塊外部液壓元件及內(nèi)部孔道連通具有復雜性，以人工方式設(shè)計，孔道連通及校核較困難，當下集成式液壓系統(tǒng)液壓集成塊的研究，多集中液壓集成塊的布局孔優(yōu)化上，對其設(shè)計算法、內(nèi)部油孔連通、最小壁厚校準研究。

但是，實際加工中，元件布局會存在一定問題，外部元件裝配需具有操作簡便性特點，加工中還需考慮到集成塊外部美觀性;內(nèi)部孔道上，需考慮管網(wǎng)流暢性，分析流場動態(tài)指標，經(jīng)過校驗后，設(shè)計出高性能液壓集成塊及系統(tǒng)。

1.5系統(tǒng)余度管理故障重構(gòu)

按照系統(tǒng)需求，飛機系統(tǒng)配置常有多套剎車系統(tǒng)，對余度配置，保障單一剎車系統(tǒng)故障時，飛機剎車功能仍正常使用。防滑剎車控制以單余度加應急剎車構(gòu)成，若采用雙通道，正常通過和備用通道故障的，則需以人工切換剎車方式，該方式將造成剎車安全性能下降。

當下，對飛機機輪防滑剎車系統(tǒng)而言，研究集中在系統(tǒng)控制及作動技術(shù)上，對飛機防滑剎車故障診斷及重構(gòu)研究不到位，飛機防滑剎車系統(tǒng)故障故障解決僅限于維修人員經(jīng)驗。當下電傳剎車歲具有BIT功能，但是該功能的主要對機電、電子附件中元件極少數(shù)故障檢測，故障檢測率較低。剎車系統(tǒng)重構(gòu)上，沒有準確研究，導致雙余度或多余度系統(tǒng)工會總，故障發(fā)生后未發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，系統(tǒng)安全性能不高。

2.大型飛機機輪剎車系統(tǒng)發(fā)展趨勢

2.1虛擬鐵鳥設(shè)計

飛機防滑剎車系統(tǒng)動態(tài)性能研究屬于國內(nèi)外關(guān)注重點問題，實際飛行下試驗剎車控制系統(tǒng)較危險，易造成安全事故，且試驗成本較高，對物理條件要求較高，常規(guī)測試系統(tǒng)無法反應實際情況。仿真技術(shù)是飛機試驗設(shè)計發(fā)展未來趨勢，采用仿真技術(shù)，可節(jié)省約10%開發(fā)周期，節(jié)省約29%試驗周期，減少近半返工量。虛擬鐵鳥技術(shù)在飛控、液壓及起落架模擬上有天然優(yōu)勢，其可減少傳統(tǒng)物理試驗次數(shù)，以仿真模擬方式，避免不合理設(shè)計浪費物理試驗成本。

2.2人工智能支持下的控制律技術(shù)

控制理論發(fā)展影響下，非線性控制理論被應用到剎車系統(tǒng)中。在人工智能發(fā)展的 今天，采用智能技術(shù)控制剎車系統(tǒng)，可減輕人員操作負擔。例如，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、人工免疫控制等，合理控制、優(yōu)化剎車系統(tǒng)，形成智能信息處理系統(tǒng)，可為大型飛機穩(wěn)定著陸奠定基礎(chǔ)。生物免疫系統(tǒng)是在大量干擾及不確定環(huán)境下，對侵入機體非己成本及細胞精確識別并排除的技術(shù)，應用到防滑剎車系統(tǒng)中，可提高防滑剎車系統(tǒng)效率，使剎車系統(tǒng)未來發(fā)展方向之一。

2.3全電剎車技術(shù)

全電剎車技術(shù)屬于機載機電系統(tǒng)多電化形式，其可提高系統(tǒng)性能，實現(xiàn)對能量的綜合利用，減少零部件使用，降低飛機整體重量。機輪剎車向全電剎車方向發(fā)展，剎車系統(tǒng)可采用電力操縱，無需油液填充活塞腔，響應腳蹬剎車指令響應速度較快，響應頻率達到20-30Hz，且其松剎車較快，可優(yōu)化防滑性。

全電剎車控制以電矩反饋實現(xiàn)，避免剎車摩擦力異常變化，為飛機提供統(tǒng)一剎車響應，精確防滑剎車響應，確保飛機有較大減速度，縮短剎車距離。全電剎車控制無液壓配件，也就無失效風險，安全性大大提高。此外，全電剎車控制可實現(xiàn)余度剎車，飛機遇到意外事故生存幾率提高。全電剎車改善飛機原有故障診斷能力，維護量減低，維護操作簡單。因此，全電剎車控制技術(shù)在今后研究發(fā)展中占有重要地位。

3.結(jié)束語

綜上所述，對大型飛機機輪剎車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢分析，是適應我國航天工業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要措施，對大型飛機機輪剎車系統(tǒng)而言，其設(shè)計到多領(lǐng)域知識，國家需制定長期研究發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，以工程應用為核心，合理規(guī)劃不同階段研究工作，掌握大型飛機機輪剎車系統(tǒng)的重要技術(shù)，分析機輪剎車系統(tǒng)發(fā)展趨勢，積極突破技術(shù)難點，將我國機輪剎車系統(tǒng)技術(shù)向世界前沿方向不斷推進。

參考文獻

[1]Shang Y，Liu X，Jiao Z，et al. A novel integrated self-powered brake system for more electric aircraft[J]. Chinese Journal of Aeronautics，2018，31（5）：114-127.

[2]楊尊社，婁金濤，張潔，等. 國外飛機機輪剎車系統(tǒng)的發(fā)展[J]. 航空精密制造技術(shù)，2016，52（4）：40-44.

[3]魏春生，劉超. 支線客機起落架剎車控制系統(tǒng)簡介[J]. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2017（22）：31-31.

（作者單位：西安航空制動科技有限公司）