飛機地面方向綜合控制系統初探

何學工，劉勁松，閔 麗

● （西安航空制動科技有限公司，陜西西安 710065）

飛機地面方向綜合控制系統初探

何學工，劉勁松，閔 麗

● （西安航空制動科技有限公司，陜西西安 710065）

本文在簡介機輪剎車系統和前輪轉彎操縱系統發展概況的基礎上，提出了緊跟國外飛機先進技術的地面綜合控制系統的方案設想。對系統方案的技術內涵、功能特點進行了描述，對關鍵附件的技術路線進行了分析，指出了機輪剎車系統和前輪操縱專業的發展方向。

機輪剎車；前輪轉彎操縱；地面綜合控制

0 引言

前輪轉彎和剎車系統都是飛機在起飛著陸和地面滑行時必須用到的重要系統，目前國際國內大多數飛機上述兩個系統都是相互獨立的，系統構成相對復雜、附件數量多，對飛行員操作水平要求較高[1-2]。隨飛機發展與數字化管理的需要及機載系統向公共一體化發展的需要，將地面方向控制與防滑剎車控制系統進行綜合成為必然趨勢，一方面有利于提高系統集成度和整體性能，減小總成本，另一方面可滿足地面操縱可靠性、靈巧性和智能化的需要。

1 機輪剎車系統和前輪轉彎系統發展概述

早期飛機一般裝備冷氣慣性防滑剎車系統。20世紀70年代初，西方國家開始研制液壓操縱的電子防滑剎車系統，很快獲得普遍應用。20世紀80年代初西方發達國家開始研制電傳操縱的帶余度的數字式防滑剎車系統，并于20世紀90年代初在飛機上首次試飛成功，目前國外新型軍民用飛機已普遍采用此類系統[3-5]。

目前國內機輪剎車廠家在跟蹤和引進國外先進技術的基礎上，研制成功了各種電子防滑剎車系統和數字式電傳剎車系統，以其功能完備、技術先進、性能好和效率高等顯著特點在機輪剎車系統中占據了統治地位，并得到了大量應用。系統的綜合性能已達到國際先進水平。

前輪轉彎系統在20世紀80年代以前一般用手輪和腳蹬進行操縱，通過機械傳動來轉動和拉動轉彎分配活門，然后由液壓作動筒來驅動前起落架，從而實現飛機的轉彎功能，是一種機械液壓系統。20世紀80年初，隨電子技術的發展，國外軍機開發了電傳轉彎技術，由電纜連接各部件，同時設計轉彎控制律以提高操縱性能，即電傳轉彎系統。國內20世紀80年代末開始此項技術研究，但進展很快，在20世紀80年代已試飛成功并得到廣泛應用。

2 國外地面綜合技術發展

為適應機電綜合管理的需要，進一步減輕飛行員起飛著陸的負擔，國外正在發展公共管理系統，將防滑剎車控制系統和前輪轉彎操縱系統納入其中，實行綜合控制。防滑剎車控制系統和前輪轉彎操縱系統作為公共管理的子系統，其控制功能已經綜合到飛機分系統綜合控制器中。此項技術在民機上已得到廣泛應用，如A320飛機以將機輪剎車和轉彎功能的控制功能集成到綜合控制器 BSCU中，減少了飛行員的操作，提高了飛機的綜合性能，使飛機維護性得到提高。

從國外系統構成和控制規律來看，綜合系統增加了自動增穩控制，適用于在側風、陣風和推力反向的擾動情況下保證地面方向的穩定性。機輪剎車則采用先進的數字式電傳剎車系統，具有防止機輪鎖死和止轉的全時防滑和保護功能。系統設計成多段剎車力矩控制，使剎車能量的不均度減少到最小，以保證踏板力與剎車力矩之間保持恒定關系。

3 國內地面綜合技術現狀及研究方向

國內雖然對單獨的防滑剎車系統和前輪轉彎系統研究較深，但對防滑剎車和前輪轉彎系統的綜合設計研究較少，在性能估算以及仿真、試驗（性能、環境適應性及可靠性）等方面與國外有較大差距。

目前，飛機對綜合系統要求主要有以下方面：一是短距離起降；二是縮短再次出動時間；三是地面操縱的靈活性、可靠性、智能化。為滿足飛機對綜合系統要求，有兩種研究思路，一是利用現有成熟技術研制數字電傳、液壓作動的地面綜合控制系統；二是研制智能控制、電力作動的地面綜合控制系統。

3.1 數字電傳、液壓作動的地面綜合控制系統

該系統的工作原理是由雙余度的兩自由度地面操縱指令傳感器將飛行員的剎車和前輪轉彎腳蹬指令信號轉換成電信號，輸入給地面綜合控制裝置，該控制裝置根據防滑剎車控制規律、前輪轉彎控制率和地面綜合控制率來相應控制液壓鎖、電液伺服閥、剎車裝置和組合液壓閥、前輪操縱作動器，從而滿足飛機在地面操縱的需要。該綜合控制系統仍然能提供液壓正常剎車防滑、氣壓應急剎車及氣壓牽引剎車和前輪操縱、減擺功能，系統控制采用余度管理自監控控制，具有BITE功能。系統成件都設計成雙余度，提高系統的任務可靠度，縮短再次出動時間。

系統所屬的地面操縱指令傳感器是剎車指令傳感器和前輪轉彎指令傳感器的綜合，可感受飛行員剎車和蹬舵的兩自由度指令信號，轉換為電信號提供給地面綜合控制裝置使用。

地面綜合控制裝置是防滑剎車控制裝置和前輪轉彎控制盒的綜合。該控制裝置不僅有防滑剎車和前輪轉彎控制功能，而且具有偏壓調節、接地保護，輪間交叉保護、前輪減擺等輔助控制功能，同時具有適用于側風、陣風和推力反向等擾動情況下的自動增穩控制功能。

機輪速度傳感器為接觸式的雙信號速度傳感器，選用高強度的稀土磁鋼，提高信號品質和信號強度，同時提高成件的使用壽命。

電液伺服閥繼續采用雙余度線圈，提高輸出壓力的精度和穩定性，減小死區漂移。

組合液壓閥包括組合液電閥和功能轉換閥兩大部分。組合液電閥包括3個電磁閥，功能轉換閥包括一個主閥和兩個卸荷閥、三個阻尼閥。前輪操縱作動器包括操縱作動筒和反饋傳感器。

3.2 智能控制、電力作動的地面綜合控制系統

智能控制、電力作動的地面綜合控制系統，在控制規律和故障監控及處理方面通過預先控制、自適應控制和模糊控制等技術使系統工作更加平穩和高效率。同時對系統和附件的動態工作進行實時監控和專家管理，從而具有一定的智能，提高飛機地面操縱系統的可靠性和維修性，保障飛機的出勤率，提升飛機的戰斗力。

該系統的顯著特點是采用新型的磁光速度傳感器感受機輪的轉動信號，抗污染能力強的射流管剎車閥替代噴嘴擋板電液伺服閥。地面綜合控制裝置采用智能控制器，神經網絡和模糊控制規律，電路設計采用國際通用標準和接口，便于機電綜合和公共管理。同時該系統引入剎車力矩反饋信號，將剎車力矩設計成與剎車操縱力成比例關系，從而使飛機的減速完全平穩可控。該系統的目標是達到并超過國外先進地面操縱系統的水平。

系統智能地面綜合控制器采用至少16位的微處理器設計智能綜合控制器，注重硬件的抗干擾能力、模塊化和通用接口設計，提高可靠性、可測試性和可維護性，以適應未來新一代戰斗機采用公共設備智能管理系統的需要。

應用預先控制、自適應控制技術以及模糊控制技術和神經網絡理論來研究地面操縱系統的控制規律，使得剎車系統和前輪轉彎的控制律能更加適應外場的不確定因素和飛機、機輪動力學的高度非線性、時變性。同時研究系統自監控技術、故障診斷及處理技術和系統容錯技術，使得地面操縱系統的工作安全可靠，具有一定的智能。

新型磁光速度傳感器安裝在機輪軸內靜止不轉，感受嵌入旋轉襯套中的鐵磁體元件的作用而得到機輪的轉動信號，并通過靜止軸中的光纖輸出。該新型傳感器能真實反應機輪的速度信號，提高信號的傳輸品質。

射流管剎車閥是一種抗污染閥。該閥的最大特點是抗油液污染能力強，大大提高系統對外場和戰時條件的適應能力。同時能通過力矩反饋信號探測到閥的故障。

4 結語

機輪剎車系統和前輪轉彎系統是飛機上重要的功能系統，將兩個系統綜合到一起可提高系統的集成度和綜合控制性能，減小總的成本，適應飛機發展的趨勢，與分立系統相比，綜合系統在安全性、可靠性、維修性、保障性、質量和費用方面都有明顯優勢。

本文所提供的兩種發展思路，既考慮了國外先進飛機的發展方向，又結合了國內現有技術，可使我國防滑剎車系統和前輪轉彎系統綜合設計水平整體跨上新的臺階，達到國際先進水平，并可縮短研制、試驗周期，降低成本，滿足飛機的需要。

[1]陸曉潔,謝利理,林暉.飛機防滑剎車系統的回顧與展望[J].航空科學技術,2003(2):31-34.

[2]楊新文.某型飛機電子防滑剎車系統仿真研究[D].北京:北京航空航天大學,1996

[3]智維列夫,科柯寧.航空機輪和剎車系統設計[M].北京:國防工業出版社,1980.

[4]黃昌來.飛機數字式防滑剎車系統新控制率的研究[D].西安:西北工業大學,1994.

[5]王占林.液壓傳動及伺服技術[D].北京:北京航空航天大學出版社,1998.

Discussion on Ground Plane Direction Integrated Control System

HE Xue-gong,LIU Jin-song,MIN Li
(Xi’an Aviation Brake Technology Co.,Ltd.,Xi’an 710065,China)

The paper puts forward two assumptions on ground control comprehensive system closely following the advanced technologies of foreign aircraft based on the description of wheel and brake system as well as nose wheel steering system.The technical connotation and functional feature of the system assumption are described,and the technical path of the key accessories is analyzed,and the development trend of the major of wheel -brake and nose-wheel steering is pointed out.

wheel brake; nose wheel steering; comprehensive ground control

V11

A

何學工（1968-），男，高級工程師。研究方向為機輪剎車系統。