民用飛機(jī)剎車壓力顯示設(shè)計(jì)的考慮

宣 東 /

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210)

0 引言

某型民機(jī)在進(jìn)行飛行員型別等級(jí)測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)使用備份剎車時(shí)缺少剎車壓力顯示，使得剎爆輪胎的概率大大增加，對(duì)飛行員的操作技能要求較高。目前，在役商用飛機(jī)中僅空客系列飛機(jī)安裝了獨(dú)立的剎車壓力表，從而大大降低了剎爆輪胎的概率。不增加剎車壓力顯示，飛行員在操縱備份剎車時(shí)無(wú)法得知實(shí)時(shí)剎車壓力，但若在設(shè)計(jì)后期更改會(huì)導(dǎo)致成本的增加。如果需要增加壓力顯示，相關(guān)技術(shù)方案可以有多種，但均會(huì)對(duì)原有系統(tǒng)帶來(lái)影響，需要進(jìn)行全面分析。本文從設(shè)計(jì)架構(gòu)及實(shí)用性等方面，對(duì)其中最優(yōu)方案進(jìn)行影響分析。

1 技術(shù)背景

增加剎車壓力顯示有三個(gè)初步可選方案：

1)采用空客A320的壓力表形式，在駕駛艙加裝液晶顯示儀表顯示剎車壓力。加裝信號(hào)線，將四個(gè)剎車壓力傳感器信號(hào)接到壓力顯示儀表上；

2)將剎車壓力顯示在summary頁(yè)面；

3)將剎車壓力直接顯示在EICAS(engine indicationand crew alertsystem，發(fā)動(dòng)機(jī)指示和機(jī)組告警系統(tǒng))頁(yè)面。

第1)種方案中，需要在駕駛艙內(nèi)增加壓力表、剎車壓力信號(hào)采集控制器，這使得駕駛艙布置困難，影響型號(hào)設(shè)計(jì)進(jìn)度，會(huì)大大增加研發(fā)費(fèi)用。

第2)種方案中，如果飛行員要知道實(shí)時(shí)剎車壓力，需從EICAS頁(yè)面切換至summary頁(yè)面，特別是在使用應(yīng)急剎車這種緊急情況下，這增加了飛行員的工作強(qiáng)度，人機(jī)工效差，不利于預(yù)防差錯(cuò)。

第3)種方案中，無(wú)需在駕駛艙內(nèi)增加壓力表，直觀地將剎車壓力顯示在EICAS界面上，改動(dòng)量較小，不增加飛行員的工作強(qiáng)度，能滿足型號(hào)設(shè)計(jì)的進(jìn)度。

綜上，第3)種方案最優(yōu)，故本文重點(diǎn)分析此方案對(duì)飛機(jī)的影響。

2 某型民機(jī)剎車系統(tǒng)原理

某型民機(jī)的正常剎車為數(shù)字式電傳剎車系統(tǒng)，具有人工剎車功能、自動(dòng)剎車功能、止轉(zhuǎn)剎車功能、差動(dòng)剎車功能、防滑保護(hù)、接地保護(hù)、輪間保護(hù)、BIT(built-in test，機(jī)內(nèi)自檢測(cè))功能以及與其他系統(tǒng)通訊功能，正常剎車系統(tǒng)由腳蹬位移傳感器、自動(dòng)剎車選擇開(kāi)關(guān)、切斷閥、剎車控制閥、轉(zhuǎn)換閥、液壓保險(xiǎn)、壓力傳感器、機(jī)輪速度傳感器、剎車控制組件(brake control unit，縮寫(xiě)為BCU)等組成。

人工剎車通過(guò)飛行員操縱剎車腳蹬實(shí)現(xiàn)，在正、副駕駛員的腳蹬下，分別安裝有剎車腳蹬位移傳感器。剎車時(shí)，安裝在剎車腳蹬下的腳蹬位移傳感器感受飛行員的剎車力，輸出與腳蹬力成正比的電信號(hào)給剎車控制組件BCU。BCU 首先接通切斷閥，接通液壓油路，然后控制剎車控制閥輸出剎車壓力給剎車裝置，同時(shí)機(jī)輪速度傳感器也將機(jī)輪的轉(zhuǎn)速信號(hào)送給BCU，BCU 通過(guò)對(duì)比運(yùn)算，控制輸出到剎車控制閥的電流信號(hào)大小，從而控制剎車壓力。調(diào)節(jié)剎車控制組件使作用于剎車裝置的剎車壓力與跑道摩擦系數(shù)水平相匹配，從而達(dá)到較高的剎車效率[1]。

自動(dòng)剎車通過(guò)操縱自動(dòng)剎車選擇開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，無(wú)須踩動(dòng)剎車腳蹬，在進(jìn)行自動(dòng)剎車時(shí)，防滑系統(tǒng)繼續(xù)起控制作用。

停機(jī)/應(yīng)急剎車系統(tǒng)是人工操縱、推拉手柄、鋼索傳動(dòng)、液壓作動(dòng)的系統(tǒng)，停機(jī)剎車和應(yīng)急剎車的操縱機(jī)構(gòu)和組成部件完全相同，停機(jī)或應(yīng)急剎車時(shí)由剎車蓄壓器提供液壓能源。停機(jī)/應(yīng)急剎車壓力與停機(jī)/應(yīng)急剎車手柄的行程成正比。

3 EICAS主頁(yè)面顯示剎車壓力方案

3.1 剎車壓力顯示形式

如圖1所示，在EICAS頁(yè)面右下角紅色方框圈出的部分，原來(lái)顯示的是剎車溫度和航班號(hào)信息，現(xiàn)準(zhǔn)備移除航班號(hào)顯示信息，用來(lái)顯示剎車壓力信息。

圖1 EICAS主頁(yè)面

在原航班號(hào)顯示區(qū)域，顯示左側(cè)機(jī)輪及右側(cè)機(jī)輪剎車壓力，如圖2所示。左側(cè)壓力信號(hào)為左內(nèi)/左外剎車壓力值中的大者，右側(cè)壓力信號(hào)為右內(nèi)/右外剎車壓力值中的大者。若不滿足邏輯方程，剎車壓力值顯示欄為空，無(wú)字符顯示。

圖2 剎車壓力顯示圖

3.2 剎車壓力顯示條件

在正常使用剎車的情況下，不顯示剎車壓力，以避免干擾飛行員的操作，為滿足這一需求，剎車壓力將僅在下列條件下顯示：1)使用停機(jī)/應(yīng)急剎車手柄進(jìn)行剎車時(shí)；2)防滯失效[2]情況下使用剎車時(shí)(不管此時(shí)是使用腳蹬剎車還是停留剎車手柄)。

邏輯方程將設(shè)置如下：

剎車壓力顯示=BCU1報(bào)告停留剎車使用+BCU2報(bào)告停留剎車使用+(內(nèi)輪防滯失效+外輪防滯失效)*(任一剎車踏板位置>8%)。

若不滿足上述邏輯方程，剎車壓力不顯示(剎車壓力值顯示欄為空，無(wú)字符顯示)。

3.3 剎車壓力信號(hào)來(lái)源及失效概率分析

剎車系統(tǒng)共4個(gè)剎車壓力傳感器，每個(gè)主機(jī)輪上各一個(gè)，其失效概率為4E-6/fh(fh，flight hour，飛行小時(shí))。剎車壓力傳感器信號(hào)由BCU處理，如圖2中紅色方框所示：BCU1采集處理內(nèi)側(cè)機(jī)輪剎車壓力傳感器信號(hào)，BCU2采集處理外側(cè)機(jī)輪剎車壓力傳感器信號(hào)[3]。BCU的每個(gè)剎車壓力信號(hào)接口電路的失效概率均為1.34E-7/fh。

剎車控制組件BCU由2個(gè)結(jié)構(gòu)相同的控制板組成：內(nèi)輪板BCU1和外輪板BCU2。BCU1控制左內(nèi)輪和右內(nèi)輪的剎車，BCU2控制左外輪和右外輪的剎車。BCU1或BCU2由于內(nèi)部故障不工作，導(dǎo)致無(wú)法發(fā)出剎車壓力信號(hào)的失效概率為2.94E-6/fh。

BCU由兩套獨(dú)立電源供電，BCU1由右直流重要匯流條供電，其供電失效概率為2.81E-6/fh，BCU2由左直流重要匯流條供電，其供電失效概率為1.8E-6/fh。

對(duì)事件“喪失左側(cè)或右側(cè)剎車壓力指示”進(jìn)行故障樹(shù)分析，暫不考慮總線及DCU故障，如圖3所示，其失效概率為1.48E-10/fh。

圖3 故障樹(shù)分析圖

3.4 剎車壓力顯示使用情況分析

對(duì)于3.2節(jié)中的條件1)，飛行員選擇使用應(yīng)急剎車主要有下列三種情況：(1)出現(xiàn)“雙套剎車失效”告警，其概率為5.52E-10/fh(由于電源喪失或BCU失效導(dǎo)致告警的概率為27.84E-12/fh)；(2)出現(xiàn)“1#液壓系統(tǒng)壓力低”和“2#液壓系統(tǒng)壓力低”告警，其概率為11.3E-10/fh；(3)出現(xiàn)“一套剎車系統(tǒng)失效”或“1#液壓系統(tǒng)壓力低”或“2#液壓系統(tǒng)壓力低”三個(gè)告警其中之一，且著陸能量大于限重時(shí)，告警概率為11.43E-5/fh，若假設(shè)著陸能量大于限重占所有情況的10%，則飛行員需使用應(yīng)急剎車的概率為11.43E-6/fh。

對(duì)于條件2)，出現(xiàn)“防滯失效”告警的概率為15.8E-6/fh。

綜上，飛行員需要使用到剎車壓力顯示的概率為5.52E-10/fh + 11.3E-10/fh + 11.43E-6/fh + 15.8E-6/fh = 2.7E-5/fh。由于電源喪失或BCU失效，飛行員需要使用剎車壓力顯示，同時(shí)剎車壓力顯示失效的概率為27.84E-12/fh。

因此，在飛行員需使用剎車壓力顯示的情況中，顯示失效的情況僅占所有情況的27.84E-12 /(2.7E-5) = 0.0001%?，F(xiàn)有設(shè)計(jì)充分滿足應(yīng)用的需要。

4 結(jié)論

通過(guò)本文分析，某型飛機(jī)駕駛艙內(nèi)EICAS主頁(yè)面剎車壓力顯示方案技術(shù)清晰，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)成本低、維修和架構(gòu)便捷及失效概率低的優(yōu)勢(shì)，符合支線客機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及航線使用需求，容易被大多數(shù)飛行員所接受，將會(huì)成為后續(xù)機(jī)型的首選方案。