基于LabView的飛機起落架收放實訓設備設計

王 誠，陸 周

（上海民航職業技術學院，上海 200232）

1 實訓設備系統組成

在教學中需要演示起落架機械收放動作過程和系統工作原理。此系統不僅可以完成起落架收放過程的演示，還模擬起落架系統里典型液壓故障。國內相關研究有，暴宏志等研究設計出飛機起落架收放液壓系統[1]。

設備由4 個主要子系統構成：機械、液壓、控制和數據采集系統。系統有較多的模擬和數字信號的輸入輸出，同時考慮到設備的可擴展性，本設備以LabView 為測控開發平臺，工控PC為上位機，配置數據采集卡和數字輸入輸出控制卡等，搭建實訓設備的控制系統。

2 實訓設備系統工作原理

本實訓系統工作原理組成如圖1 所示。

圖1 實訓系統組成

2.1 系統工作原理

控制系統軟件由LabView8.5 為平臺，具有良好的人機交互界面，可設定工作參數，如：起落架收放速度、液壓泵輸出壓力、流量等。上位機的指令信號經放大后發送給電磁閥，以控制液壓油的方向、流量和工作壓力，驅動液壓做動筒動作，從而實現起落架機械收放運動。液壓系統的狀態參數和機械系統的零部件收放位置狀態通過相應的傳感器反饋到上位機中，軟件實時顯示數據。

2.2 收放運動描述

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

起落架的工作過程：鎖液壓缸首先觸發打開起落架上位鎖，接著收放液壓缸驅動機械收放機構產生收放運動，鎖環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，上位鎖機構的鎖定過程如下：收放作動筒驅動機械結構運動，同時鎖環觸碰上位鎖機構的鎖鉤，然后拉動鎖機構一起運動，最終起落架上鎖，鎖作動筒在此過程中屬于從動狀態。

設備機械結構部分采用前起落架航材。

2.3 液壓系統設計參數

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

液壓動力系統供壓取決于飛機液壓泵的輸出壓力，液壓動作時間取決于飛機適航標準中要求的起落架收放時間，通過起落架收起狀態位與放下狀態位極限位置之間的運動簡圖計算出收放作動筒的最大工作行程。依據起落架的受力平衡狀態求解出液壓作動筒的外部載荷。起落架系統液壓原理如圖2所示。

圖2 起落架收放系統液壓原理

電磁溢流活門YV1 的電磁線圈在收到起落架收起信號后導通，液壓油先后經過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。依據上位鎖開關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，壓力油流進放下位缸，同時收起缸回油，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結束。

比例減壓活門遠程控制調節開鎖壓力，電磁換向閥控制開鎖動作。由于是機械結構鎖，所需驅動力大，因此需要采用液壓力開鎖，觸動開關同時被觸發，開鎖動作完畢后，柱塞桿收回，或通過機械頂桿在上鎖時復位并觸發觸動開關。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位。

2.4 控制監測系統設計

2.4.1 控制檢測系統組成及特點

（1）實驗臺的測控系統由工控機、數據采集卡、接口板、傳感器和電磁閥等組成。

（2）系統軟件界面直觀性強，操作方便，交互性好。

（3）控制監測系統實現參數（壓力、流量、轉速、溫度、位置等）的實時監測功能。

（4）系統可同時進行16 路模擬信號實驗數據的采集和12個電磁閥的控制。

2.4.2 控制監測系統的硬件和軟件

（1）系統的硬件設計。主控硬件由工控機和數據采集卡組成，采集包括系統壓力、油溫等模擬量的采集，起落架系統收上放下、油泵的啟停等開關量監測和輸出。上位機發送參數和工作指令，經功率放大后驅動電磁液壓元件，液壓系統的各類狀態可由傳感器采集，數據信號傳回上位機并顯示。

（2）軟件系統結構。軟件分為人機交互界面、數據采集、數據分析、程序控制邏輯4 個模塊。數據采集負責監測系統狀態和各參數的采集；統計所采集的數據、對信號進行高低通濾波處理等；通過交互界面、數據采集和數據分析功能模塊將有關數據輸出給程序控制模塊處理。程序控制模塊與其他3 個模塊相互協調，管理并處理自定義函數和程序流程的邏輯控制。軟件流程圖如圖3 所示。

3 結束語

方案采用基于LabVIEW8.5 的虛擬儀器，使得搭建起落架收放系統實訓平臺更簡單、方便。便于實現各子系統的協調工作，能滿足系統數據實時傳輸的需求。在組建液壓系統時采用工業級的液壓元件，可大大降低實訓平臺的研制費用。

硬件系統還預留了大量I/O 端口，可后續進行功能擴展，例如可通過更改液壓系統、機械結構和軟硬件平臺的情況下，增加飛機襟翼、減速板以及操作舵面的偏轉的演示實驗項目。