大型飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)

劉輝

摘要：大型飛機(jī)在客運(yùn)、貨運(yùn)方面的廣泛應(yīng)用，對(duì)機(jī)輪剎車系統(tǒng)提出新的要求。機(jī)輪剎車系統(tǒng)對(duì)保障大型飛機(jī)安全運(yùn)行具有重要意義，下文就大型飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)詳細(xì)分析，著重分析其自動(dòng)剎車技術(shù)、多支柱多輪系非對(duì)稱載荷防滑剎車控制技術(shù)等，并對(duì)大型飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)分析，希望將先進(jìn)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(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)中，促進(jìn)我國(guó)航空運(yùn)輸行業(yè)持續(xù)發(fā)展。

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

大型飛機(jī)屬于衡量國(guó)家先進(jìn)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，其對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維護(hù)國(guó)家安全及利益具有重要意義，且其涉及到電子、機(jī)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(duì)飛機(jī)的制動(dòng)，在短時(shí)間可吸收飛機(jī)著陸動(dòng)能^[1]。剎車系統(tǒng)穩(wěn)定對(duì)飛機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行有直接影響，飛機(jī)安全著陸、下降穩(wěn)定、快速著陸等都需要?jiǎng)x車系統(tǒng)給予支持，文章對(duì)大型飛機(jī)設(shè)計(jì)中需著重考慮的關(guān)鍵技術(shù)的分析，旨在為促進(jìn)大型飛機(jī)穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.大型飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1自動(dòng)剎車

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

自動(dòng)剎車技術(shù)有一定難點(diǎn)：

（1）自動(dòng)剎車及防滑集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(diǎn)問(wèn)題，有效集成可提高系統(tǒng)維護(hù)性。

（2）自動(dòng)剎車及 防滑剎車無(wú)縫結(jié)合屬于難點(diǎn)技術(shù)，提高自動(dòng)剎車容錯(cuò)性，可確保控制穩(wěn)定，即自動(dòng)剎車及手動(dòng)剎車穩(wěn)定切花，實(shí)現(xiàn)恒減速自動(dòng)剎車及滑移率防滑剎車控制結(jié)合。

（3）自動(dòng)剎車選擇技術(shù)，自動(dòng)剎車減速率選擇方式通過(guò)數(shù)字模擬實(shí)現(xiàn)，分析航空機(jī)載總線技術(shù)不同自動(dòng)剎車選擇技術(shù)是當(dāng)下自動(dòng)剎車重難點(diǎn)。

1.2多支柱多輪系非對(duì)稱載荷防滑剎車控制

非對(duì)稱載荷屬于飛機(jī)滑跑過(guò)程中，其左右起落架一側(cè)前后起落架受力不均，機(jī)輪受到不平衡外載荷影響。在傳統(tǒng)飛機(jī)剎車系統(tǒng)建模中，其未涉及到對(duì)非對(duì)稱載荷的分析，但是大型飛機(jī)運(yùn)行均存在左右不對(duì)稱載荷，在同側(cè)前后起落架處載荷具有差異，飛機(jī)著陸中不同剎車機(jī)輪對(duì)應(yīng)垂向載荷差異寄到，非對(duì)稱載荷關(guān)系復(fù)雜，其左右及前后機(jī)輪并非同步落地，一些機(jī)場(chǎng)側(cè)風(fēng)現(xiàn)象，將影響載荷平衡^[2]。

1.3防滑剎車控制律設(shè)計(jì)驗(yàn)證技術(shù)

傳統(tǒng)飛機(jī)防滑剎車控制律驗(yàn)證中，以慣性臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證，該方式適用于單輪飛機(jī)，可真實(shí)模擬飛機(jī)著陸中剎車過(guò)程。但是，對(duì)于多輪飛機(jī)而言，慣性臺(tái)試驗(yàn)需投入大量試驗(yàn)成本，在參數(shù)調(diào)節(jié)上面臨較大困難。因此，針對(duì)大型飛機(jī)防滑剎車控制律設(shè)計(jì)，多采用仿真方式試驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)一方面可以為產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持和試驗(yàn)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(fù)。在多輪式飛機(jī)防滑剎車控制試驗(yàn)中，將起落架、機(jī)輪、防滑剎車等綜合使用，以確保各項(xiàng)系統(tǒng)直接具有協(xié)調(diào)性，可適應(yīng)不同環(huán)境需求。

1.4附件集成技術(shù)

大型飛機(jī)主剎車機(jī)輪數(shù)量多，剎車系統(tǒng)控制以單輪控制，大型飛機(jī)機(jī)輪剎車機(jī)電附件多，閥類附件機(jī)輪沙策系統(tǒng)中，國(guó)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(hù)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(fù)雜性，以人工方式設(shè)計(jì)，孔道連通及校核較困難，當(dāng)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(duì)其設(shè)計(jì)算法、內(nèi)部油孔連通、最小壁厚校準(zhǔn)研究。

但是，實(shí)際加工中，元件布局會(huì)存在一定問(wèn)題，外部元件裝配需具有操作簡(jiǎn)便性特點(diǎn)，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(chǎng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，經(jīng)過(guò)校驗(yàn)后，設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)配置常有多套剎車系統(tǒng)，對(duì)余度配置，保障單一剎車系統(tǒng)故障時(shí)，飛機(jī)剎車功能仍正常使用。防滑剎車控制以單余度加應(yīng)急剎車構(gòu)成，若采用雙通道，正常通過(guò)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(dāng)下，對(duì)飛機(jī)機(jī)輪防滑剎車系統(tǒng)而言，研究集中在系統(tǒng)控制及作動(dòng)技術(shù)上，對(duì)飛機(jī)防滑剎車故障診斷及重構(gòu)研究不到位，飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)故障故障解決僅限于維修人員經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)下電傳剎車歲具有BIT功能，但是該功能的主要對(duì)機(jī)電、電子附件中元件極少數(shù)故障檢測(cè)，故障檢測(cè)率較低。剎車系統(tǒng)重構(gòu)上，沒(méi)有準(zhǔn)確研究，導(dǎo)致雙余度或多余度系統(tǒng)工會(huì)總，故障發(fā)生后未發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)安全性能不高。

2.大型飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

2.1虛擬鐵鳥設(shè)計(jì)

飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能研究屬于國(guó)內(nèi)外關(guān)注重點(diǎn)問(wèn)題，實(shí)際飛行下試驗(yàn)剎車控制系統(tǒng)較危險(xiǎn)，易造成安全事故，且試驗(yàn)成本較高，對(duì)物理?xiàng)l件要求較高，常規(guī)測(cè)試系統(tǒng)無(wú)法反應(yīng)實(shí)際情況。仿真技術(shù)是飛機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)展未來(lái)趨勢(shì)，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(yàn)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(shì)，其可減少傳統(tǒng)物理試驗(yàn)次數(shù)，以仿真模擬方式，避免不合理設(shè)計(jì)浪費(fèi)物理試驗(yàn)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(yīng)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(fù)擔(dān)。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(jī)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(duì)侵入機(jī)體非己成本及細(xì)胞精確識(shí)別并排除的技術(shù)，應(yīng)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(lái)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(jī)載機(jī)電系統(tǒng)多電化形式，其可提高系統(tǒng)性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的綜合利用，減少零部件使用，降低飛機(jī)整體重量。機(jī)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(wú)需油液填充活塞腔，響應(yīng)腳蹬剎車指令響應(yīng)速度較快，響應(yīng)頻率達(dá)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(shí)現(xiàn)，避免剎車摩擦力異常變化，為飛機(jī)提供統(tǒng)一剎車響應(yīng)，精確防滑剎車響應(yīng)，確保飛機(jī)有較大減速度，縮短剎車距離。全電剎車控制無(wú)液壓配件，也就無(wú)失效風(fēng)險(xiǎn)，安全性大大提高。此外，全電剎車控制可實(shí)現(xiàn)余度剎車，飛機(jī)遇到意外事故生存幾率提高。全電剎車改善飛機(jī)原有故障診斷能力，維護(hù)量減低，維護(hù)操作簡(jiǎn)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(yǔ)

綜上所述，對(duì)大型飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)分析，是適應(yīng)我國(guó)航天工業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要措施，對(duì)大型飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)而言，其設(shè)計(jì)到多領(lǐng)域知識(shí)，國(guó)家需制定長(zhǎng)期研究發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，以工程應(yīng)用為核心，合理規(guī)劃不同階段研究工作，掌握大型飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)的重要技術(shù)，分析機(jī)輪剎車系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，積極突破技術(shù)難點(diǎn)，將我國(guó)機(jī)輪剎車系統(tǒng)技術(shù)向世界前沿方向不斷推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：西安航空制動(dòng)科技有限公司）