大型民用飛機(jī)轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)研究

王漢斌

【摘 要】飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)是起落架系統(tǒng)的重要組成部分，本文對(duì)比分析了某A型飛機(jī)和某B型飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，結(jié)合已經(jīng)在小型飛機(jī)和無(wú)人機(jī)上得到應(yīng)用的全電轉(zhuǎn)彎技術(shù)，提出在大型民用飛機(jī)上采用全電轉(zhuǎn)彎的構(gòu)想，為相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】液壓系統(tǒng)；前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)；全電轉(zhuǎn)彎；減擺控制

0 前言

現(xiàn)代飛機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)其作用不僅限于操縱飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎，它還可以起到前輪減擺等作用。轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)為飛機(jī)在地面提供方向控制，具有低速滑行大角度轉(zhuǎn)彎和高速滑行小角度修正航向，確保飛機(jī)平穩(wěn)滑行；在故障狀態(tài)下，能夠自動(dòng)進(jìn)入自由轉(zhuǎn)向模式，具有防止發(fā)生擺振和被動(dòng)控制功能。

目前在民用飛機(jī)上采用兩種轉(zhuǎn)彎操縱方式：手輪轉(zhuǎn)彎和腳蹬轉(zhuǎn)彎。在駕駛艙設(shè)置一個(gè)或者兩個(gè)轉(zhuǎn)彎手輪供飛行員操縱前輪轉(zhuǎn)彎。轉(zhuǎn)彎手輪主要用于飛機(jī)低速滑行使用，此時(shí)可控制的轉(zhuǎn)彎角度較大，轉(zhuǎn)彎半徑??；腳蹬轉(zhuǎn)彎主要在飛機(jī)起飛和著陸過(guò)程中高速滑跑時(shí)使用，此時(shí)可控制轉(zhuǎn)彎角度較小，轉(zhuǎn)彎半徑大。兩種方式結(jié)合使用，增加了系統(tǒng)余度，提高了安全性。

在大型民用飛機(jī)上，起落架轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)通常采用液壓壓力作為能源。本文通過(guò)研究某B型飛機(jī)和某A型飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，基于民用飛機(jī)多電和全電的發(fā)展方向，提出在大型客機(jī)上使用全電轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設(shè)想。

1 轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的組成部分

1.1 轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)架構(gòu)

民用飛機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)主要由機(jī)輪、扭力臂、轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒、緩沖支柱、斜撐桿、液壓管路、控制盒和其它結(jié)構(gòu)件組成，如圖1所示。

圖1 前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)

1.2 工作原理

圖2為轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)控制原理框圖，轉(zhuǎn)彎控制指令可以由手輪和腳蹬單獨(dú)給出，也可以由兩者同時(shí)作用。由控制系統(tǒng)框圖可以看出，轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)采用的是負(fù)反饋控制，前輪轉(zhuǎn)彎角度作為反饋信號(hào)，與轉(zhuǎn)彎指令信號(hào)進(jìn)行比較后給出控制信號(hào)，從而控制電液伺服閥，并進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒進(jìn)行前輪轉(zhuǎn)彎。

圖2 轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)控制原理框圖

2 B型飛機(jī)和A型飛機(jī)轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設(shè)計(jì)

B型飛機(jī)采用推挽式機(jī)械-液壓轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，所需能源由液壓系統(tǒng)提供，主要由輸入機(jī)構(gòu)（手輪和方向舵腳蹬）、控制鋼索、伺服閥、反饋鋼索和轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒這幾部分組成。

其工作原理：在起落架放下后，液壓能源到達(dá)切斷閥，從轉(zhuǎn)彎手輪或方向舵腳蹬輸入轉(zhuǎn)彎信號(hào)，經(jīng)過(guò)鋼索將轉(zhuǎn)彎操縱信號(hào)傳遞至轉(zhuǎn)彎伺服閥，打開(kāi)油路，高壓油到達(dá)兩個(gè)轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的不同腔，轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒通過(guò)連接，將驅(qū)動(dòng)力通過(guò)扭力臂傳遞到輪軸上，兩個(gè)作動(dòng)筒一推一拉，驅(qū)動(dòng)前輪偏轉(zhuǎn)。前輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)彎套筒上的反饋鋼索將機(jī)輪的位置信號(hào)提供給轉(zhuǎn)彎計(jì)量活門(mén)，實(shí)現(xiàn)手輪或腳蹬對(duì)前輪的伺服控制。

B型飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎最大限制角度在起飛和著陸滑跑階段分別為：（1）腳蹬操控時(shí)：±7°；（2）手輪操控時(shí)：±78°。

A型飛機(jī)采用齒輪齒條式電控-液壓轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，其工作原理：按壓并轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)彎手輪或直接蹬動(dòng)方向舵腳蹬發(fā)出轉(zhuǎn)彎指令，轉(zhuǎn)彎指令在轉(zhuǎn)彎控制組件內(nèi)與其它相關(guān)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制轉(zhuǎn)彎控制閥內(nèi)電磁閥的通斷和電液伺服閥電流的大小，使液壓油流入轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的對(duì)應(yīng)腔，驅(qū)動(dòng)前輪偏轉(zhuǎn)。在一個(gè)作動(dòng)筒內(nèi)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)使作動(dòng)筒兩腔產(chǎn)生壓力差，在液壓力的驅(qū)動(dòng)下，齒條驅(qū)動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)筒，旋轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎。

A型飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎最大限制角度在起飛和著陸滑跑階段分別為：（1）腳蹬操控時(shí)：±6°；（2）手輪操控時(shí)：±75°。

3 優(yōu)缺點(diǎn)分析

B型飛機(jī)采用了推挽式轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，是一種傳統(tǒng)的機(jī)械液壓控制模式，通過(guò)機(jī)械手柄等操縱器件帶動(dòng)鋼索或連桿機(jī)構(gòu)打開(kāi)液壓閥進(jìn)行控制。雙作動(dòng)筒式前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)為兩個(gè)作動(dòng)筒操縱前輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向，它能夠滿(mǎn)足大型民機(jī)對(duì)低速大轉(zhuǎn)角和大轉(zhuǎn)彎力矩的要求，但其運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，對(duì)操縱控制系統(tǒng)的要求較高。

A型飛機(jī)采用了齒輪齒條式轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)，是一種較為先進(jìn)的電傳式前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)。系統(tǒng)的指令和反饋都是通過(guò)電信號(hào)傳輸，操縱力矩由手輪設(shè)計(jì)的操作力矩決定，能較好地改善操作性，特別是手輪操縱時(shí)的性能。電傳式前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)只有腳蹬傳感器、手輪、控制器、轉(zhuǎn)彎控制閥和作動(dòng)器等5個(gè)部件，功能集成度高，也減少了系統(tǒng)的重量，符合飛機(jī)總體減重的要求。電傳式前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是引入了控制律，沒(méi)有任何機(jī)械連接關(guān)系，這樣使系統(tǒng)部件的布局方便，同時(shí)方便轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)調(diào)整參數(shù)。

綜上所述，A型飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎方式是在B型飛機(jī)機(jī)械液壓控制模式的基礎(chǔ)上引入了電傳控制，符合民機(jī)轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的發(fā)展方向。另外，該方式的作動(dòng)部件仍采用的是機(jī)械液壓作動(dòng)筒，存在液壓油泄漏、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。

4 全電轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)

目前，電轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)在小型飛機(jī)和無(wú)人機(jī)上得到了一些應(yīng)用，國(guó)內(nèi)對(duì)于大型客機(jī)的全電動(dòng)轉(zhuǎn)彎裝置還缺乏研究和應(yīng)用。根據(jù)小型飛機(jī)上的應(yīng)用情況，起落架電轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)主要由減擺器、控制器、轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)、減速器、連接軸、連接桿、角度傳感器等組成。在地面滑跑轉(zhuǎn)彎時(shí)，控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)通過(guò)連接軸、減擺、連接桿將力傳遞給機(jī)輪，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)角度傳感器實(shí)時(shí)向控制器反饋起落架的轉(zhuǎn)彎角度，實(shí)現(xiàn)電轉(zhuǎn)彎控制功能。

全電轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)具有傳統(tǒng)轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)不具備的優(yōu)點(diǎn)：（1）使用電機(jī)代替液壓作動(dòng)器，減輕系統(tǒng)重量，維護(hù)方便；（2）全電傳操控，具備容錯(cuò)和自檢測(cè)功能。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，在大型客機(jī)全電發(fā)展的背景下，可以采用全電式轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)某兩個(gè)型號(hào)飛機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)進(jìn)行了分析比較，結(jié)合目前已經(jīng)在小型飛機(jī)上得到應(yīng)用的全電轉(zhuǎn)彎技術(shù)，提出大型民機(jī)上采用全電轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的設(shè)想，為今后國(guó)內(nèi)大型客機(jī)起落架電轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

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