飛機停機剎車實現(xiàn)方式初探

邢曉斌，韓亞國，郭 琪

（1. 航空工業(yè)陜西飛機工業(yè)有限公司，陜西漢中 723000；2. 航空工業(yè)西安航空制動科技有限公司，西安 710075）

0 引言

飛機防滑剎車系統(tǒng)是飛機起落架系統(tǒng)的組成部分，主要供飛機起飛、著陸、地面運動、控制方向和停機使用，是現(xiàn)代飛機安全運行不可缺少重要設備[1]。飛機剎車系統(tǒng)一般分為正常剎車、應急剎車、停機剎車以及起落架收起機輪止轉剎車系統(tǒng)?，F(xiàn)代飛機正常剎車系統(tǒng)都包含防滑功能，應急剎車一般無防滑功能[2-4]。本文從飛機防滑剎車系統(tǒng)停機剎車功能要求入手，確定飛機電傳防滑剎車系統(tǒng)停機剎車發(fā)展方向。為飛機電傳防滑剎車系統(tǒng)停機剎車設計提供參考。

1 飛機停機剎車要求

停機剎車主要用于飛機在關閉發(fā)動機情況下，地面停放期間，防止大風、跑道坡度等干擾導致飛機運動。GJB 2879—1997《飛機機輪防滑剎車控制系統(tǒng)通用規(guī)范》中明確要求：“應具有必要的剎車壓力以保證飛機停放時靜止不動”；HB 6761—1993《飛機機輪剎車系統(tǒng)設計要求》中明確要求：“根據(jù)戰(zhàn)術技術要求，飛機的剎車系統(tǒng)可以裝有停放剎車操縱裝置。停機剎車機構應在剎車系統(tǒng)中提供足夠的壓力以產生剎車力矩，在最大設計總重下使飛機剎停在18°斜坡上以及使直升機剎停在10°斜坡上”。停放機車應考慮到防滑控制閥的內泄漏，停機剎車鎖緊系統(tǒng)應有補償預定泄露和溫度變化的裝置，以便在發(fā)動機關車以及溫度下降20 ℃情況下至少保持停放剎車力矩的75%，并維持1 h以上；溫度比開始停放剎車時剎車上升20 ℃，不應引起剎車系統(tǒng)超壓[5]。

2 典型飛機停機剎車實現(xiàn)

典型的飛機防滑剎車系統(tǒng)（見圖1），由正常防滑剎車子系統(tǒng)和應急剎車子系統(tǒng)組成。正常防滑剎車子系統(tǒng)由減壓活門、電液壓力伺服閥、機輪速度傳感器、防滑控制盒組成；應急剎車子系統(tǒng)由應急剎車減壓活門、轉換活門組成[6]。

圖1 某飛機防滑剎車系統(tǒng)原理圖

飛機停機剎車是正常剎車的一種方式，壓力取決正常剎車減壓活門的輸出壓力，由剎車蓄壓瓶供壓，通過正常剎車系統(tǒng)減壓活門、電液壓力伺服閥和轉換活門實現(xiàn)[7]。停機剎車時，飛行員踩下剎車腳蹬板提起停機手柄，鎖死停機手柄輸出行程，最后必須切斷關掉停機剎車開關，關掉電磁斷油活門，才能保證12 h的停機剎車使用要求；若沒有關掉電磁斷油活門，伺服閥內漏會導致剎車蓄壓瓶的壓力很快下降，則不能保證12 h的停機剎車使用要求。轉換活門一般不存在漏油情況，系統(tǒng)最終保壓壓力大小和保壓時間只與減壓活門、電液壓力伺服閥漏油量相關[8-9]。

2.1 停機剎車機構原理及實現(xiàn)

停機剎車機構見圖2。飛行員用腳尖向前腳蹬板蹬到止動點，這時剎車搖臂上的滾輪壓縮剎車活門的行程達到最大，使剎車系統(tǒng)內產生最大的工作壓力，此時，向后拉出剎車手柄，帶動搖臂轉動，搖臂卡在限動卡板的凹槽內，剎車搖臂上的滾輪將活門壓縮在停機剎車的位置上，使起落架的機輪保持在剎車狀態(tài)。要解除停機剎車須用腳尖偏轉腳蹬板并松開手柄。

圖2 停機剎車機構

由于機構有間隙和回彈量，停機剎車壓力不能達到正常剎車壓力的最大值，一般按正常剎車的80%來設計，停機剎車壓力下機輪提供的靜力矩不能保證發(fā)動機最大油門靜止剎車使用要求[10]。

2.2 減壓活門工作原理及實現(xiàn)

2.2.1 減壓活門工作原理

減壓活門工作原理如圖3所示，基本工作原理如下：

圖3 減壓活門工作原理圖

1）剎車狀態(tài)。在套筒端加操縱力，在操縱力的作用下，套筒向右移動，并傳力于彈簧，使閥芯向右移動，接通進油腔和剎車腔，輸出剎車壓力。與此同時，閥芯感壓腔受到液壓作用，使閥芯產生與操縱力成比例的反力[8]。

2）保持剎車狀態(tài)。在剎車壓力上升的同時，感壓腔壓力也隨著上升，當感壓腔壓力上升到與套筒端的操縱力平衡時，閥芯移動切斷進油腔和剎車腔，但剎車腔和回油腔尚未接通，此時處于保壓狀態(tài)，可以實現(xiàn)保持剎車的功能。當輸出液壓剎車壓力過高, 減壓活門的閥芯、閥套再平衡，恒定輸出剎車壓力。

3）松剎車狀態(tài)。消除作用在套筒端的操縱力，由于感壓腔的反力和復位彈簧的彈簧力，推動閥芯向左移動，使剎車腔和回油腔接通，消除剎車壓力，達到松剎車狀態(tài)。

2.2.2 減壓活門保壓功能實現(xiàn)

按減壓活門技術要求，輸入油源壓力，減壓活門輸出最大剎車壓力并保持24 h，檢查減壓活門回油管嘴的漏油量數(shù)值應滿足停機剎車要求。

2.3 電液壓力伺服閥保壓工作原理及實現(xiàn)

2.3.1 電液壓力伺服閥保壓工作原理

電液壓力伺服閥工作原理圖見圖4(a)。供油流入伺服閥，經伺服閥進口油濾過濾后，分成兩路，分別流入伺服閥的左、右2個部分。以右側部分為例，流入右側的液壓油一部分經右力矩馬達油濾過濾后，分別沿2條油路流入2個節(jié)流孔，降壓后，一路流到閥芯兩側的環(huán)形面；另一路流入噴嘴，經噴嘴與力矩馬達擋板的縫隙節(jié)流后，流經電磁活門，沿回油路流回油箱。流入右閥的另一部分工作油液，進入滑閥副的供油腔。閥芯內部的油路孔使供油腔始終與閥芯下腔連通[9]。

停機剎車工作時，伺服閥電磁活門斷電關閉，伺服閥回油路關閉，伺服閥回油端口漏油量趨近于零。伺服閥供油由減壓活門提供，伺服閥閥芯在彈簧力和液壓力的作用下，處于圖4(b)中的上端位置（見圖4(b)右閥），停機剎車壓力與供油壓力相同。電液壓力伺服閥保壓工作時, 電液壓力伺服閥輸出供油壓力，剎車壓力過高，電液壓力伺服閥內部安全活門打開，泄放少許油液，降低輸出剎車壓力，保證系統(tǒng)產品和管路安全。

圖4 伺服閥工作原理圖

2.3.2 電液壓力伺服閥保壓功能實現(xiàn)

按電液壓力伺服閥技術規(guī)范要求，輸入規(guī)定液壓壓力，系統(tǒng)保壓時，電液壓力伺服閥電磁斷油活門關閉，電液壓力伺服閥輸入壓力等于系統(tǒng)保壓壓力，電液壓力伺服閥保壓剎車24 h，檢查減壓活門回油管嘴的漏油量數(shù)值應滿足停機剎車要求。

3 現(xiàn)役飛機電傳剎車停機剎車實現(xiàn)

現(xiàn)役飛機大多采用電傳剎車系統(tǒng)，采用剎車指令傳感器替代了典型飛機的剎車減壓活門。飛機電傳防滑剎車系統(tǒng)（見圖5）由正常防滑剎車子系統(tǒng)和應急剎車子系統(tǒng)組成。正常剎車系統(tǒng)剎車指令傳感器、電液壓力伺服閥（帶液壓鎖）、轉換活門、機輪速度傳感器、防滑控制盒組成；應急剎車系統(tǒng)由減壓活門和轉換活門組成[11]。

圖5 現(xiàn)役飛機電傳剎車系統(tǒng)原理圖

現(xiàn)役飛機電傳剎車系統(tǒng)的正常防滑剎車子系統(tǒng)無法實現(xiàn)飛機停機剎車。飛機電傳防滑剎車系統(tǒng)通過應急剎車子系統(tǒng)減壓活門實現(xiàn)停機剎車。停機剎車時，飛行員操縱停機/應急剎車手柄（帶鎖緊機構），鎖死手柄輸出行程，鎖死應急剎車子系統(tǒng)減壓活門工作行程。關閉飛機能源系統(tǒng)，依靠正常剎車系統(tǒng)蓄壓器儲備的液壓壓力保持飛機停機剎車壓力不低于5.4 MPa～6.4 MPa，并保持12 h以上。停機剎車最終保壓壓力大小和保壓時間長短只與減壓活門漏油量相關。

4 現(xiàn)代飛機停機剎車實現(xiàn)方式

液壓系統(tǒng)因存在高壓，液壓油有中毒和著火的風險，現(xiàn)代飛機為滿足適航要求，保護人員安全，液壓附件不能布置在有人艙內，因此現(xiàn)代飛機的剎車系統(tǒng)均采用采用電傳操縱、數(shù)字防滑控制、液壓伺服作動技術[12]。其停機剎車功能無法再整合在正常剎車系統(tǒng)內，只能由應急剎車子系統(tǒng)實現(xiàn)，即設計為停機/應急剎車一體化?，F(xiàn)代飛機停機剎車實現(xiàn)有以下4種方式。

4.1 機械機構應急停機剎車系統(tǒng)

機械機構控制的應急剎車系統(tǒng)是一種連桿操縱機構，該機構控制減壓活門輸出與手柄行程成正比的剎車壓力。機械機構控制的應急剎車系統(tǒng)（見圖6）是1套機械機構。由停機/應急剎車手柄（帶鎖緊機構）、頂桿、導向筒組件（內置回力機構）、支架和減壓活門等組成。該機構安裝在駕駛艙，剎車系統(tǒng)進油管路、剎車管路、回油管路必須進入駕駛艙。該機構在飛機應急剎車子系統(tǒng)廣泛使用。

圖6 機械連桿應急剎車機構

在停機剎車時，飛行員按住停機/應急剎車手柄（帶鎖緊機構）上的鎖定機構，并將手柄拉到底后松開，手柄自動鎖定機械機構輸出行程，鎖死減壓活門工作行程，使減壓活門輸出恒定剎車壓力；關閉能源，蓄壓器提供液壓壓力實現(xiàn)停機剎車。

按下停機/應急手柄端頭的按鈕“解鎖”停機剎車，手柄沿拉起方向的反方向回到初始位置，停機剎車壓力解除。

4.2 手柄鋼索控制的應急剎車系統(tǒng)

手柄鋼索控制的應急剎車系統(tǒng)是一種鋼索操縱機構（見圖7），該機構控制減壓活門輸出與手柄行程成正比的剎車壓力。由停機/應急剎車手柄（帶鎖緊機構）、鋼索機構和減壓活門等組成。停機/應急剎車手柄安裝在駕駛艙內，鋼索機構部分和減壓活門安裝在駕駛艙外，減壓活門進油管路、剎車管路、回油管路不進入駕駛艙，通過鋼索實現(xiàn)減壓活門遠距操縱。

圖7 手柄鋼索應急剎車機構

停機剎車時，飛行員按住停機/應急剎車手柄（帶鎖緊機構）上的鎖定機構，并將手柄拉到底后松開，手柄自動鎖定鋼索機構輸出行程，鎖死減壓活門工作行程，使減壓活門輸出恒定剎車壓力；關閉能源，蓄壓器提供液壓壓力實現(xiàn)停機剎車。

按下停機/應急手柄端頭的按鈕“解鎖”停機剎車，手柄沿拉起方向的反方向回到初始位置，停機剎車壓力解除。

4.3 液傳控制的應急剎車系統(tǒng)

液傳控制的應急剎車系統(tǒng)是一種通過流體傳力的方式，該機構控制剎車傳感器擠出油液控制減壓活門，減壓活門輸出剎車壓力與手柄行程成正比。由停機/應急剎車手柄（帶鎖緊機構）、剎車傳感器和減壓活門等組成，如圖5所示的減壓活門換剎車傳感器即可。圖5機械機構安裝在駕駛艙，減壓活門安裝在駕駛艙外，減壓活門的進油管路、剎車管路、回油管路不進入駕駛艙，剎車傳感器通過一根油管實現(xiàn)減壓活門遠距離操縱。

在停機剎車時，飛行員按住停機/應急剎車手柄（帶鎖緊機構）上的鎖定機構，并將手柄拉到底后松開，手柄自動鎖定機械機構輸出行程驅動剎車傳感器輸出對應的油液容積，控制具有液控功能的減壓活門輸出恒定剎車壓力。關閉能源，蓄壓器提供液壓壓力實現(xiàn)停機剎車。

按下停機/應急手柄端頭的按鈕“解鎖”停機剎車，手柄沿拉起方向的反方向回到初始位置，停機剎車壓力解除。

4.4 電控作動器操縱的應急剎車系統(tǒng)

電控作動器操縱的應急剎車系統(tǒng)由剎車指令傳感器、線性電控伺服作動器和減壓活門組成。剎車指令傳感器代替圖5中的減壓活門，安裝在駕駛艙內；線性電控伺服作動器和減壓活門安裝在駕駛艙外，減壓活門的進油管路、剎車管路、回油管路不進入駕駛艙，剎車指令傳感器和線性電控伺服作動器通過導線連接, 實現(xiàn)遠距操縱。

在停機剎車時，飛行員按住手柄上的鎖定機構，操縱停機/應急手柄，并將手柄拉到底后松開，手柄自動鎖定。使剎車指令傳感器輸出與手柄行程成正比的電流信號，手柄機構給停機剎車開關斷電。線性電控伺服作動器根據(jù)電流信號大小輸出對應的行程，驅動減壓活門輸出恒定剎車壓力；同時手柄機構斷開停機剎車開關信號，鎖死線性電控伺服作動器位置。關閉能源，蓄壓器提供液壓壓力實現(xiàn)停機剎車。

剎車系統(tǒng)通電，按下停機/應急手柄端頭的按鈕“解鎖”停機剎車，手柄沿拉起方向的反方向回到初始位置，停機剎車壓力解除, 目前該系統(tǒng)正在研究中。

4.5 電液壓力伺服閥控制的應急剎車系統(tǒng)

電液壓力伺服閥控制的應急剎車系統(tǒng)是用新型正增益電液壓力伺服閥（帶保壓功能）實現(xiàn)遠距剎車。圖4某飛機防滑剎車系統(tǒng)原理圖中應急剎車子系統(tǒng)的減壓活門被圖3新型正增益電液壓力伺服閥（帶保壓功能）替代，實現(xiàn)飛機停機剎車。

4.5.1 新型正增益電液壓力伺服閥工作原理

1）電磁液壓鎖通電開鎖之后，壓力伺服閥就處于正常供壓狀態(tài)。當壓力伺服閥力矩馬達線圈輸入正極性的控制電流信號時，在磁路上產生一個控制磁通，該磁通與永久磁鋼產生的極化磁通相互作用，在銜鐵上產生一個控制力矩，使銜鐵組件偏轉，擋板偏移，在閥芯兩端產生控制壓差，使閥芯移動，回油控制窗口趨向關閉，進油控制窗口趨向開啟，剎車腔壓力逐漸增加，直至作用在閥芯上反饋力與控制力平衡，伺服閥輸出剎車壓力與輸入電流成比例[13]。輸入的電流越大，輸出的剎車壓力越高，實現(xiàn)了正增益的剎車壓力控制。當伺服閥力矩馬達線圈的控制電流逐漸減小時，閥芯的移動工作過程與上述過程相反，壓力伺服閥剎車口的壓力會逐漸減小。新型正增益電液壓力伺服閥（帶保壓功能）工作原理見圖8。

圖8 正增益電液壓力伺服閥

2）系統(tǒng)停機剎車開關斷電，電磁液壓鎖內的鋼球在進油口油壓作用下緊靠在外鋼球座的密封尖邊處，進油通過內鋼球座以及閥體內部的油路通到活塞左端面和閥芯右端面，此時，閥芯右端面壓力和活塞左端面壓力均與供油壓力相同。由于活塞左端面的作用面積大，在軸向合力的作用下，使閥芯止靠于圖示右端位置。液壓系統(tǒng)進油與壓力伺服閥進油口（即圖示J1、J2口）之間，以及液壓系統(tǒng)進油與電磁液壓鎖的連通口之間都處于切斷狀態(tài)。電磁液壓鎖的鋼球與內鋼球座內孔為尖邊密封結構；閥芯與閥套、活塞與閥套為極微小間隙密封，這樣的結構設計可以保證在供油壓力21 MPa時，從電磁液壓鎖回油管嘴流出的內部泄漏量不大于2 mL/min。

4.5.2 應急剎車系統(tǒng)組成

電液壓力伺服閥控制的應急剎車系統(tǒng)由停機/應急剎車手柄、剎車指令傳感器、新型正增益電液壓力伺服閥（帶保壓控制功能）等組成。停機/應急剎車手柄、剎車指令傳感器代替圖5減壓活門，安裝在駕駛艙內；新型正增益電液壓力伺服閥（帶保壓控制功能）安裝在駕駛艙外，剎車指令傳感器和電液壓力伺服閥通過導線連接, 實現(xiàn)遠距操縱。

4.5.3 應急剎車系統(tǒng)停機剎車工作原理

停機剎車時，飛行員按住手柄上的鎖定機構，操縱停機/應急手柄，并將手柄拉到底后松開，手柄自動鎖定，使停機剎車開關斷電、力矩馬達斷電。新型正增益電液壓力伺服閥（帶保壓控制功能）進入保壓工作狀態(tài)，輸出與油源壓力相同的剎車壓力。關閉能源，蓄壓器提供液壓壓力實現(xiàn)停機剎車。

剎車系統(tǒng)通電，按下停機/應急手柄端頭的按鈕“解鎖”停機剎車，手柄沿拉起方向的反方向回到初始位置，停機剎車壓力解除。

5 結論

飛機防滑剎車系統(tǒng)是飛機起落架系統(tǒng)的組成部分，是現(xiàn)代飛機安全運行不可缺少的重要設備。本文從飛機防滑剎車系統(tǒng)停機剎車功能要求入手，確定停機剎車操縱方式逐漸由機械連桿操縱向遠距電控操縱轉變的發(fā)展方向。最終實現(xiàn)飛機停機剎車的合理配置，從而提高了停機剎車的控制距離，減輕了停機剎車系統(tǒng)的重量，使其人機功效更好，系統(tǒng)安全性、可靠性、維修性、測試性、保障性、環(huán)境適應性更佳。為飛機停機剎車設計提供參考。最終實現(xiàn)系統(tǒng)安全、可靠、環(huán)境適應性更佳配置合理的飛機停機剎車。