劉輝 劉沛

【摘? 要】國內(nèi)正在使用的飛機(jī)多數(shù)仍然在采用手動(dòng)的方式進(jìn)行剎車，而國外的一些民用飛機(jī)已經(jīng)采用了自動(dòng)的方式進(jìn)行剎車，這一類剎車可以實(shí)現(xiàn)在起飛過程中和著陸滑行中的剎車自動(dòng)控制。當(dāng)飛機(jī)在準(zhǔn)備降落時(shí)將自動(dòng)剎車開關(guān)接通，飛機(jī)在落地后則會自動(dòng)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(dòng)控制。當(dāng)采集到輪速降低較快時(shí)，飛機(jī)制動(dòng)過程中的減速率則判斷飛機(jī)出現(xiàn)打滑，此時(shí)飛機(jī)進(jìn)入防滑過程，飛行員在采用手動(dòng)方式進(jìn)行剎車時(shí)，往往需要采用點(diǎn)剎的方法才能防止飛機(jī)打滑，而自動(dòng)剎車方式則將飛行員點(diǎn)剎方式改變?yōu)轱w機(jī)自動(dòng)控制，減少了飛機(jī)減速過程中剎車剎爆輪胎的風(fēng)險(xiǎn)。自動(dòng)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(jī)故障或者是天氣原因無法起飛而選擇減速時(shí)，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(dòng)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(dòng)操作，只需要自動(dòng)剎車控制系統(tǒng)進(jìn)行控制即可。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)剎車;系統(tǒng)設(shè)計(jì);飛機(jī)

1 自動(dòng)剎車的結(jié)構(gòu)組成

通常的情況下，飛機(jī)的自動(dòng)剎車功能通過防滑剎車系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)剎車系統(tǒng)是防滑剎車系統(tǒng)的一個(gè)子模塊，其功能的實(shí)現(xiàn)一般需要幾個(gè)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(jī)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(jī)輪的輪速傳感器用來采集輪速信號，當(dāng)輪速降低過快時(shí)防滑剎車功能發(fā)揮作用;剎車裝置和機(jī)輪是防滑剎車系統(tǒng)的機(jī)械組成部分，其結(jié)構(gòu)組成原理。自動(dòng)剎車擋位選擇開關(guān)示意圖，自動(dòng)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(dòng)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(dòng)剎車系統(tǒng)存在的設(shè)計(jì)問題

2.1 穩(wěn)定性隱患

飛機(jī)的自動(dòng)剎車系統(tǒng)要對飛機(jī)減速率誤差信號進(jìn)行控制。飛機(jī)的減速率涉及兩個(gè)組成部分，其中一個(gè)部分是飛機(jī)實(shí)際減速率。實(shí)際減速率的計(jì)算是通過飛機(jī)輪速傳感器采集到的輪速信號隨時(shí)間的變化關(guān)系得到的，而設(shè)定的減速率信號是計(jì)算機(jī)進(jìn)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(gè)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(dòng)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(shí)驗(yàn)和試飛驗(yàn)證之后穩(wěn)定性仍然得不到保證，在飛機(jī)的實(shí)際使用過程中這套加速度控制系統(tǒng)并沒有在多種機(jī)型中體現(xiàn)出令人滿意的自動(dòng)剎車效果，給飛行員增加了安全隱患。

2.2 控制設(shè)計(jì)思路缺陷

剎車控制器在設(shè)計(jì)之初有優(yōu)先權(quán)的考慮。防滑控制設(shè)計(jì)和自動(dòng)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(dòng)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(jī)的滑跑安全的情況發(fā)生。這樣的設(shè)計(jì)思路雖然可以保證飛機(jī)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(shí)現(xiàn)防滑功能，相對于自動(dòng)剎車的優(yōu)先控制而言，剎車系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動(dòng)剎車過程的平穩(wěn)性存在不足。

3.自動(dòng)剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案創(chuàng)新

3.1 設(shè)計(jì)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(jì)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(zhǔn)確、剎車壓力調(diào)整不及時(shí)的問題，提升了剎車系統(tǒng)穩(wěn)定性和飛機(jī)滑行的平穩(wěn)性。這種設(shè)計(jì)方案的改良和創(chuàng)新彌補(bǔ)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(jī)的自動(dòng)剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)后，采用仿真的實(shí)驗(yàn)方法對自動(dòng)剎車控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，對飛機(jī)的特定行駛過程特點(diǎn)進(jìn)行擬合，研究了飛機(jī)著陸初期自動(dòng)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(gè)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(jī)的實(shí)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(jī)剎車過程仿真曲線。飛機(jī)著陸后剎車伊始，剎車還沒有起作用，飛機(jī)速度與機(jī)輪輪速傳感器所采集的機(jī)輪地速相差無幾，二者都比目標(biāo)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(jìn)行主動(dòng)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(shí)際減速率仍然要高于目標(biāo)減速率。隨著剎車時(shí)間的增加和進(jìn)程的延長，飛機(jī)的實(shí)際速度與目標(biāo)速度非常接近，從曲線上看已經(jīng)基本重合，飛機(jī)的速度要比機(jī)輪速度稍高。從曲線可以看出這種設(shè)計(jì)思路的更改提高了飛機(jī)對減速率的控制，選擇較低的自動(dòng)剎車擋位又使得駕駛員在踩剎車時(shí)只輸出較低的剎車壓力，使機(jī)輪速度略低于飛機(jī)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(gè)剎車過程機(jī)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(gè)剎車時(shí)間長的缺陷，這是由于自動(dòng)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(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉澤華，賈愛絨，謝彥，等.飛機(jī)自動(dòng)剎車系統(tǒng)仿真驗(yàn)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(dòng)科技有限公司）