基于LabView的飛機(jī)起落架收放實(shí)訓(xùn)設(shè)備設(shè)計(jì)

王 誠，陸 周

（上海民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 200232）

1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備系統(tǒng)組成

在教學(xué)中需要演示起落架機(jī)械收放動作過程和系統(tǒng)工作原理。此系統(tǒng)不僅可以完成起落架收放過程的演示，還模擬起落架系統(tǒng)里典型液壓故障。國內(nèi)相關(guān)研究有，暴宏志等研究設(shè)計(jì)出飛機(jī)起落架收放液壓系統(tǒng)[1]。

設(shè)備由4 個(gè)主要子系統(tǒng)構(gòu)成：機(jī)械、液壓、控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)有較多的模擬和數(shù)字信號的輸入輸出，同時(shí)考慮到設(shè)備的可擴(kuò)展性，本設(shè)備以LabView 為測控開發(fā)平臺，工控PC為上位機(jī)，配置數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)字輸入輸出控制卡等，搭建實(shí)訓(xùn)設(shè)備的控制系統(tǒng)。

2 實(shí)訓(xùn)設(shè)備系統(tǒng)工作原理

本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)工作原理組成如圖1 所示。

圖1 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)組成

2.1 系統(tǒng)工作原理

控制系統(tǒng)軟件由LabView8.5 為平臺，具有良好的人機(jī)交互界面，可設(shè)定工作參數(shù)，如：起落架收放速度、液壓泵輸出壓力、流量等。上位機(jī)的指令信號經(jīng)放大后發(fā)送給電磁閥，以控制液壓油的方向、流量和工作壓力，驅(qū)動液壓做動筒動作，從而實(shí)現(xiàn)起落架機(jī)械收放運(yùn)動。液壓系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)和機(jī)械系統(tǒng)的零部件收放位置狀態(tài)通過相應(yīng)的傳感器反饋到上位機(jī)中，軟件實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。

2.2 收放運(yùn)動描述

民用飛機(jī)起落架都有收放運(yùn)動，并要求在起落架收上或放下后處于鎖定狀態(tài)的功能，以保證安全[2]。

起落架的工作過程：鎖液壓缸首先觸發(fā)打開起落架上位鎖，接著收放液壓缸驅(qū)動機(jī)械收放機(jī)構(gòu)產(chǎn)生收放運(yùn)動，鎖環(huán)觸碰安全鎖鉤后拉動上位鎖鎖定，放下過程反向工作。起落架收起動作過程中，上位鎖機(jī)構(gòu)的鎖定過程如下：收放作動筒驅(qū)動機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動，同時(shí)鎖環(huán)觸碰上位鎖機(jī)構(gòu)的鎖鉤，然后拉動鎖機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動，最終起落架上鎖，鎖作動筒在此過程中屬于從動狀態(tài)。

設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用前起落架航材。

2.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

液壓動力系統(tǒng)輸出壓力31.8 MPa，系統(tǒng)流量最大值Qmax=38 L/min，起落架收放時(shí)間周期6～10 s，時(shí)間段內(nèi)，液壓缸最大工作行程L>720 cm，最大負(fù)載65 000 N，工作溫度-50～70 ℃，液壓回油箱的壓力0.15 MPa。

液壓動力系統(tǒng)供壓取決于飛機(jī)液壓泵的輸出壓力，液壓動作時(shí)間取決于飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)中要求的起落架收放時(shí)間，通過起落架收起狀態(tài)位與放下狀態(tài)位極限位置之間的運(yùn)動簡圖計(jì)算出收放作動筒的最大工作行程。依據(jù)起落架的受力平衡狀態(tài)求解出液壓作動筒的外部載荷。起落架系統(tǒng)液壓原理如圖2所示。

圖2 起落架收放系統(tǒng)液壓原理

電磁溢流活門YV1 的電磁線圈在收到起落架收起信號后導(dǎo)通，液壓油先后經(jīng)過YV1、YV2，流入收放液壓缸，打開下位鎖并拉動起落架至收起；完全收起起落架后，液壓油流入YV4，起落架鎖定。依據(jù)上位鎖開關(guān)信號判別起落架收起是否到位；接收起落架放下信號后，液壓主活門、減壓活門、開鎖液壓缸打開，上位鎖打開，然后YV3 接通，壓力油流進(jìn)放下位缸，同時(shí)收起缸回油，放下起落架后，鎖定下位鎖，并檢測起落架是否完全處于收上位，若完全到位，至此起落架收放的完整工作循環(huán)結(jié)束。

比例減壓活門遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)開鎖壓力，電磁換向閥控制開鎖動作。由于是機(jī)械結(jié)構(gòu)鎖，所需驅(qū)動力大，因此需要采用液壓力開鎖，觸動開關(guān)同時(shí)被觸發(fā)，開鎖動作完畢后，柱塞桿收回，或通過機(jī)械頂桿在上鎖時(shí)復(fù)位并觸發(fā)觸動開關(guān)。為確保安全可靠，開鎖換向活門的閥芯采用Y 型，若開鎖柱塞不能正常退回，上鎖過程中也能將柱塞頂回復(fù)位。

2.4 控制監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.4.1 控制檢測系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)臺的測控系統(tǒng)由工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、接口板、傳感器和電磁閥等組成。

（2）系統(tǒng)軟件界面直觀性強(qiáng)，操作方便，交互性好。

（3）控制監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)參數(shù)（壓力、流量、轉(zhuǎn)速、溫度、位置等）的實(shí)時(shí)監(jiān)測功能。

（4）系統(tǒng)可同時(shí)進(jìn)行16 路模擬信號實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和12個(gè)電磁閥的控制。

2.4.2 控制監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件

（1）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。主控硬件由工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡組成，采集包括系統(tǒng)壓力、油溫等模擬量的采集，起落架系統(tǒng)收上放下、油泵的啟停等開關(guān)量監(jiān)測和輸出。上位機(jī)發(fā)送參數(shù)和工作指令，經(jīng)功率放大后驅(qū)動電磁液壓元件，液壓系統(tǒng)的各類狀態(tài)可由傳感器采集，數(shù)據(jù)信號傳回上位機(jī)并顯示。

（2）軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。軟件分為人機(jī)交互界面、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、程序控制邏輯4 個(gè)模塊。數(shù)據(jù)采集負(fù)責(zé)監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)和各參數(shù)的采集；統(tǒng)計(jì)所采集的數(shù)據(jù)、對信號進(jìn)行高低通濾波處理等；通過交互界面、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析功能模塊將有關(guān)數(shù)據(jù)輸出給程序控制模塊處理。程序控制模塊與其他3 個(gè)模塊相互協(xié)調(diào)，管理并處理自定義函數(shù)和程序流程的邏輯控制。軟件流程圖如圖3 所示。

3 結(jié)束語

方案采用基于LabVIEW8.5 的虛擬儀器，使得搭建起落架收放系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺更簡單、方便。便于實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枨?。在組建液壓系統(tǒng)時(shí)采用工業(yè)級的液壓元件，可大大降低實(shí)訓(xùn)平臺的研制費(fèi)用。

硬件系統(tǒng)還預(yù)留了大量I/O 端口，可后續(xù)進(jìn)行功能擴(kuò)展，例如可通過更改液壓系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟硬件平臺的情況下，增加飛機(jī)襟翼、減速板以及操作舵面的偏轉(zhuǎn)的演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。