飛機自動剎車系統(tǒng)設(shè)計要點分析

劉輝 劉沛

【摘? 要】國內(nèi)正在使用的飛機多數(shù)仍然在采用手動的方式進行剎車，而國外的一些民用飛機已經(jīng)采用了自動的方式進行剎車，這一類剎車可以實現(xiàn)在起飛過程中和著陸滑行中的剎車自動控制。當(dāng)飛機在準備降落時將自動剎車開關(guān)接通，飛機在落地后則會自動接通剎車的控制電路，提供剎車壓力，剎車壓力根據(jù)輪速大小和滑行狀態(tài)而自動控制。當(dāng)采集到輪速降低較快時，飛機制動過程中的減速率則判斷飛機出現(xiàn)打滑，此時飛機進入防滑過程，飛行員在采用手動方式進行剎車時，往往需要采用點剎的方法才能防止飛機打滑，而自動剎車方式則將飛行員點剎方式改變?yōu)轱w機自動控制，減少了飛機減速過程中剎車剎爆輪胎的風(fēng)險。自動控制的另一種應(yīng)用環(huán)境是在起飛階段，起飛階段如果飛行員判斷由于飛機故障或者是天氣原因無法起飛而選擇減速時，則無須踩剎車，而是直接將油門手柄收回到慢車油門位置，自動剎車則可以自行輸出適宜于輪速的剎車壓力，此過程也不需要駕駛員的主動操作，只需要自動剎車控制系統(tǒng)進行控制即可。

【關(guān)鍵詞】自動剎車;系統(tǒng)設(shè)計;飛機

1 自動剎車的結(jié)構(gòu)組成

通常的情況下，飛機的自動剎車功能通過防滑剎車系統(tǒng)來實現(xiàn)，自動剎車系統(tǒng)是防滑剎車系統(tǒng)的一個子模塊，其功能的實現(xiàn)一般需要幾個分系統(tǒng)的集成：剎車指令傳感器可以將飛行員腳踩剎車的行程大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?剎車控制器則完成飛機的剎車功能和防滑功能;液壓伺服閥能夠?qū)x車控制器傳出的指令以電流的形式輸入，液壓伺服閥根據(jù)接收到的閥電流輸出相應(yīng)的剎車壓力;機輪的輪速傳感器用來采集輪速信號，當(dāng)輪速降低過快時防滑剎車功能發(fā)揮作用;剎車裝置和機輪是防滑剎車系統(tǒng)的機械組成部分，其結(jié)構(gòu)組成原理。自動剎車擋位選擇開關(guān)示意圖，自動剎車的擋位選擇開關(guān)通常裝在座艙內(nèi)，不同的擋位對應(yīng)自動剎車的不同工作狀態(tài)，不同的工作狀態(tài)是依據(jù)飛行員起飛階段和著陸階段來判斷的。

2 自動剎車系統(tǒng)存在的設(shè)計問題

2.1 穩(wěn)定性隱患

飛機的自動剎車系統(tǒng)要對飛機減速率誤差信號進行控制。飛機的減速率涉及兩個組成部分，其中一個部分是飛機實際減速率。實際減速率的計算是通過飛機輪速傳感器采集到的輪速信號隨時間的變化關(guān)系得到的，而設(shè)定的減速率信號是計算機進行擬合的減速率信號，二者的差值就是減速率誤差信號。減速率信號作為一個加速度變量，受到很多外界因素的影響，因此很容易出現(xiàn)突變，所以使用環(huán)境的不穩(wěn)定因素為減速率的控制增加了不小的難度。人們對自動剎車控制系統(tǒng)的減速率研究仍然不夠，體現(xiàn)為減速率控制不夠穩(wěn)定、可靠性不好，往往通過了仿真實驗和試飛驗證之后穩(wěn)定性仍然得不到保證，在飛機的實際使用過程中這套加速度控制系統(tǒng)并沒有在多種機型中體現(xiàn)出令人滿意的自動剎車效果，給飛行員增加了安全隱患。

2.2 控制設(shè)計思路缺陷

剎車控制器在設(shè)計之初有優(yōu)先權(quán)的考慮。防滑控制設(shè)計和自動剎車控制相比，防滑控制優(yōu)先權(quán)更高，即在產(chǎn)生防滑信號則切斷自動剎車控制，以防滑剎車控制為主，可以防止因剎車爆胎而無法保證飛機的滑跑安全的情況發(fā)生。這樣的設(shè)計思路雖然可以保證飛機的滑跑安全，但造成了防滑控制回路對剎車壓力的大幅度高頻調(diào)整，且周期長、剎車效率低。由于防滑狀態(tài)有一定的不可預(yù)知性，若只以出現(xiàn)防滑信號為判斷依據(jù)來實現(xiàn)防滑功能，相對于自動剎車的優(yōu)先控制而言，剎車系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動剎車過程的平穩(wěn)性存在不足。

3.自動剎車系統(tǒng)設(shè)計方案創(chuàng)新

3.1 設(shè)計方案分析

通過對擋位的控制可以調(diào)節(jié)最大剎車壓力的初始上限值的限制，隨著擋位的提高，剎車壓力的上限制也隨之提高。這種設(shè)計方案的更改可以有效解決防滑剎車介入次數(shù)多的問題，也可以改善剎車壓力調(diào)節(jié)不準確、剎車壓力調(diào)整不及時的問題，提升了剎車系統(tǒng)穩(wěn)定性和飛機滑行的平穩(wěn)性。這種設(shè)計方案的改良和創(chuàng)新彌補了系統(tǒng)辨識困難、修正難度大等缺陷，顯著地提高了防滑剎車的防滑效率。

3.2 模型建立與仿真情況

對某型飛機的自動剎車系統(tǒng)設(shè)計方案進行創(chuàng)新設(shè)計后，采用仿真的實驗方法對自動剎車控制系統(tǒng)進行建模，對飛機的特定行駛過程特點進行擬合，研究了飛機著陸初期自動剎車過程的仿真情況。設(shè)定初始的剎車速度為276km/h，設(shè)定每個擋位的減速率不同，低擋、中擋以及高擋分別設(shè)定為1.7m/s2/2.5m/s2和3.5m/s2，把接收到的來自導(dǎo)航系統(tǒng)的減速率解算出飛機的實際速度信號，并采取一定的濾波措施。減速率設(shè)置為低擋、跑道的路面比較干燥的情況下某型飛機剎車過程仿真曲線。飛機著陸后剎車伊始，剎車還沒有起作用，飛機速度與機輪輪速傳感器所采集的機輪地速相差無幾，二者都比目標減速率要低，出現(xiàn)這種仿真結(jié)果的原因是飛行員將減速率選擇至一擋，因此在飛行員沒有進行主動剎車的情況下在速度較大的狀態(tài)仍然受到較大的風(fēng)阻，因此不踩剎車的情況下實際減速率仍然要高于目標減速率。隨著剎車時間的增加和進程的延長，飛機的實際速度與目標速度非常接近，從曲線上看已經(jīng)基本重合，飛機的速度要比機輪速度稍高。從曲線可以看出這種設(shè)計思路的更改提高了飛機對減速率的控制，選擇較低的自動剎車擋位又使得駕駛員在踩剎車時只輸出較低的剎車壓力，使機輪速度略低于飛機速度就已經(jīng)滿足了減速率的控制要求。除此之外，跑道比較干燥是整個剎車過程機輪未發(fā)生打滑現(xiàn)象的原因，跑道的摩擦阻力大，剎車較輕，因此未出現(xiàn)打滑。但也存在一個剎車時間長的缺陷，這是由于自動剎車減速率擋位設(shè)置較低引起的，如果遇到跑道較短的情況，則有沖出跑道的危險。

參考文獻：

[1]劉澤華，賈愛絨，謝彥，等.飛機自動剎車系統(tǒng)仿真驗證技術(shù)[J]. 航空科學(xué)技術(shù)，2014，25（4：62-68.

（作者單位：西安航空制動科技有限公司）