某型全動模擬機起落架仿真控制電路改進實現方案

劉磊 凌廣藝

摘要：介紹了某型全動模擬機起落架仿真系統的組成及工作原理，通過對其控制電路的研究，分析有關訓練科目的實現過程，為相關的維護和研發工作提供較為高效的解決思路，提高飛行員的訓練體驗。在保障飛行訓練質量的同時，結合多起相關控制電路故障排除經驗，通過仿真研究、試驗測試，提出優化改進其控制電路的方案。實施改進方案可為今后解決這一類技術難題提供技術參考，也為相關研發工作提供思路。

關鍵詞：模擬機；起落架；控制電路；訓練科目；仿真；技術參考

Keywords：simulator；landing gear；control circuit；training subjects；simulation；technical reference

0 引言

起落架是飛機起飛、著陸、滑跑、地面移動和停放所必需的支持系統，承擔著飛機安全運行的重要使命，熟練掌握起落架的運行原理，對飛行員而言是一項必備技能。作為飛行訓練模擬設備，波音系列機型全動模擬機應用廣泛，通過研究某型全動模擬機起落架仿真系統的組成和工作原理知識，提供有效的解決故障的思路，可以極大地提高模擬機的維護效率；在滿足模擬機起落架相關訓練科目需求的同時，也可以根據訓練需求，在后期進一步開拓相關科目的飛行訓練，為安全飛行提供有力的后勤保障。

然而，在長期的使用中，由于頻繁的設置或取消模擬機起落架卡阻故障，使得電機的工作電壓頻繁變化，導致起落架控制電路中的電阻電機燒毀率大大增加，電路的不穩定不僅使訓練設備的可靠性降低，對飛行員的仿真訓練科目質量也造成極大影響，還產生了大量的人力物力維護成本。通過簡化起落架仿真系統的控制電路，結合有關的電路控制知識和以往的工作經驗，利用Multisim仿真軟件模擬控制電路中串聯不同電阻的條件，記錄電機的工作電壓電流的變化情況并進行對比，可為提出起落架仿真系統控制電路的優化改進方案提供有效的理論支持基礎，對降低設備維護需求，提高訓練設備的可靠性，提升飛行員的模擬訓練體驗具有重要的意義。

1 起落架仿真系統組成及工作原理

1.1 系統硬件組成

波音系列模擬機起落架主要由駕駛艙執行機構、模擬機正下方（900區域）的LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM及應急起落架系統組成（見圖1）。駕駛艙執行機構由起落架指示燈面板、起落架手柄、微動電門、LEVER LOCK SOLENOID組件、鋼索機構組成，如圖2所示。其中，LEVER LOCK SOLENOID組件由一個活動擋塊以及一個28V線圈組成；LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM組件由Friction clamp（摩擦力夾子）、Jamming clamp（卡阻夾子）、Potentiometer（位置傳感器）、Spring capsule（彈簧膠囊）、SWITCH S1&S2（微動開關）、LINEAR ACTUATOR（線性作動筒）、Motor（直流電機）、Relay module（繼電器模塊，內置有電容）、R2保護電阻等組成。模擬機900區域LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM組件中的位置傳感器內部含有起落架UP、DOWN和OFF三個擋位的微動開關，以保證起落架信號的正常輸出，如圖3所示。

1.2 工作原理

波音機型起落架有三個擋位，分別為UP、DOWN和OFF位。

在起落架正常使用的情況下，LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM組件的S2微動開關一直處于激活狀態，在此基礎上，起落架的控制實現主要由駕駛艙的執行機構完成。通過撥動起落架手柄，觸發駕駛艙執行機構的微動電門（UP/ DOWN）輸出起落架的其中一組控制信號；撥動手柄的同時，通過傳動鋼索牽引觸發模擬機900區域LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM組件內的位置傳感器，輸出另一組相同的起落架控制信號。兩組信號一同傳到后臺主機，再由后臺主機將面板指示燈信號、DU起落架狀態信息等傳回駕駛艙，完成起落架的控制。

此外，當飛機在地面時，由于駕駛艙執行機構內的線圈將擋塊激活，正常情況下，此時的起落架手柄只能放到OFF位（收起落架艙門位），起落架無法收到UP位，但是通過起落架手柄上紅色的超控拉鉤，可以實現起落架手柄的收起。圖4為起落架仿真系統控制原理的工作框圖。

2 起落架卡阻科目仿真實現分析

2.1 起落架卡阻科目的仿真實現

在飛行員的起落架卡阻仿真訓練科目中，以“Gear level fail in position”為例進行說明。

當進行起落架卡阻仿真時，主機通過GPIM板卡的一個輸出端口發送28V電壓控制信號，LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM組件的直流電機工作，使線性作動筒釋放微動開關S2向下移動，到達微動開關S1后，彈簧膠囊帶動鎖定插銷，卡阻夾子釋放100lbs的力鎖定位置傳感器從而鎖定鋼索，使起落架手柄實現在任意位置的卡阻。

當需要取消卡阻仿真故障時，主機通過GPIM板卡的另一個輸出端口發送電壓控制信號到繼電器L1，繼電器改變內部開關狀態使電機反向轉動，釋放S1開關從而釋放彈簧膠囊，卡阻夾子的力即取消，線性作動向上移動直到激活S2微動開關，電機停轉。

2.2 控制電路分析及故障處理思路

圖5所示為起落架LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM組件的控制電路簡圖。通過GPIM板卡輸入控制電機工作的電壓信號，電阻R2=2.74Ω，在電路中起限流降壓的保護作用。實際的控制電路中使用的是額定電壓電流分別為24.0～28.0V、6.0～8.0A的直流電機。

結合前文介紹仿真卡阻的實現原理，當設置“Gear level fail in position”訓練仿真科目后出現起落架仍能正常收放的故障時，可以從無法實現卡阻夾子固定位置傳感器的作用筒導致起落架手柄仍可操作方面入手。列出以下較為有效的排故思路。

1）在S2處測量GPIM卡輸出端28V電壓在設置卡阻故障時是否能正常工作，判斷主機到GPIM卡的控制信號是否正常，如無電壓則進行上級線路排故。

2）如上一步驟1測試正常，則可通過測量電機兩端的電壓是否正常來判斷繼電器、R1電阻及微動開關部分電路是否正常，再通過測量電機內阻或更換電機來確認電機是否正常。圖6為控制電路中使用的2.74OHMS電阻R2的實物圖。

3 控制電路的優化改進

全動模擬機在長期的使用過程中，由于頻繁設置或取消起落架卡阻故障，使得電機的工作電壓頻繁變化，大大縮短了控制電路的工作壽命。有記錄以來，相關的電阻電機燒毀導致訓練仿真科目無法實現的故障多達十數起，這不僅對飛行訓練科目的質量造成極大影響，而且產生了大量的人力物力維護成本。因此，研究控制電路并提出對控制電路的改進方案意義重大。

3.1 Multisim仿真試驗研究

通過對原始控制電路（見圖5）的研究分析可知，24～28V額定電壓、6.0～8.0A額定電流的電機工作電路中，S1、S2限位開關主要負責供電電源的通斷，由繼電器L1控制電機電流的正反向，使得電機正反轉實現故障的復位。由此簡化控制電路得到相同電路特性的電路圖，如圖7所示。圖中電源由一個振幅為14V的PWM波（頻率50Hz、占空比50%）模擬電源電流的正反向輸入，實現電機正反轉的模擬。其中，通道A監控電機實時電壓值，通道B監控電壓實時電壓值。電機使用Multisim軟件自帶的電機模型。

當電阻為原始電路電阻2.74Ω時得到的仿真波形圖如圖8所示，在換向瞬間，電機承受的瞬時電壓增大到38.9V，此時電機的工作電壓為11.8V，突變電壓差V1=27.1V，比值系數為27.1/11.8=2.3。

降低電阻R1= 1.5Ω時得到的仿真波形圖如圖9所示，在換向瞬間，電機承受的瞬時電壓增大到37.0V，此時電機的工作電壓為16.0V，突變電壓差V1=21.0V，比值系數為21.0/16.0=1.3。

降低電阻R1=0.5Ω時得到的仿真波形圖如圖10所示，在換向瞬間，電機承受的瞬時電壓增大到32.6V，此時電機的工作電壓為22.5V，突變電壓差V1=10.2V，比值系數為10.2/22.5=0.45。

降低電阻R1=0Ω時得到的仿真波形圖如圖11所示，在換向瞬間，電機不再承受瞬時突變電壓，此時電機的工作電壓為28.0V，突變電壓差V1=0V，比值系數為0，電機工作在理想狀態下。

電機工作在額定電流電壓下，控制電路中R1的電阻值越小，電機承受的突變電壓系數比值也越小，電機工作越穩定，使用壽命越長。由此，可以初步提出通過降低控制電路中R1的電阻值來穩定控制電路的基本方案。

3.2 方案分析

多次試驗測試發現，當實際的控制電路R1=0Ω時，24～28V額定電壓電機極易燒毀。測量發現多為電路電流過大所致，因而控制電路中將R1設置為0Ω僅能在理想情況下實現。同時，為保證電機能夠在正常的電流電壓環境下工作，電阻R1的值不應大于2.74Ω（見圖12）。經過對不同R1值時的仿真試驗及實際電路的安裝測試，發現在R1=1.5Ω時電機工作在額定電流及額定電壓內，電機工作穩定且起落架機構工作正常（見圖13）。

將R1的電阻值改為1.5Ω后，長達半年的監控數據表明起落架控制電路的電機再未出現燒毀情況，且電阻也未被燒毀。推廣到所有含有相關起落架控制電路的全動模擬機上后，統計已有的故障記錄，五年來未發生過一起相關的控制電路故障，極大地提高了電路工作的可靠性。

4 結束語

通過對某型全動模擬機起落架系統的介紹及相關訓練故障的仿真實現分析，在保障設備穩定的情況下對其控制電路進行改進優化，可以有效降低因設備故障造成的訓練時間損失，提高設備穩定性，降低維護成本。目前國內模擬機制造業處于起步階段，對于飛行訓練科目類仿真技術需求很高，本文提出的優化方案可作為國內模擬機制造及研發的重要參考。

參考文獻

[1]謝東，李容.基于Multisim的PWM直流電機調速控制電路設計與仿真[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2013，15（3）.