某型飛機剎車踏板模擬驅動系統設計與實現

周嘉濤

摘 要：該文介紹了為專門用于檢測并驗證某型飛機的剎車踏板系統的功能、性能的地面非標試驗設備。該設備能夠在不破壞飛機原有剎車系統零部件結構的前提下，具備剎車腳蹬驅動的功能，能與其它地面試驗支持設備配合完成地面綜合模擬試驗中機輪剎車蹬驅動系統的試驗任務，有效實現鐵鳥平臺對試飛取證的支持。系統主要由剎車踏板驅動裝置、LVDT激勵及采集系統等組成。

關鍵詞：剎車 踏板系統 腳蹬驅動裝置 LVDT激勵 力學仿真

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0088-02

剎車踏板驅動裝置用于模擬人腳踩踏剎車踏板的動作[1]，并記錄踏板轉動角度與踏板受力的關系[2]。供機構驅動剎車踏板產生剎車信號代替駕駛員對腳蹬的操作運動，由驅動機構驅動駕駛員腳蹬產生位移[3]，通過腳蹬LVDT傳感器向剎車控制單元提供剎車信號，滿足剎車腳蹬的位移-力曲線關系的測試[4-5]。

1 剎車踏板驅動裝置設計

此驅動機構主由兩臺MOOG公司的伺服驅動器以一定角度來驅動踏板轉過一定的角度。模型總體圖如下圖1所示。

驅動時，需按上圖安裝、裝配，作動器的傾角可以由支撐桿的長短來調節，長度調節完成之后，應將鎖緊螺母鎖死，踏板夾具、滑軌、傳感器應先安裝在踏板上，而后再跟作動器相連。為了盡量減小干擾力F2，驅動件與踏板夾具之間采用滾動滑輪連接，利用滾動摩擦因數較小的原理，盡量降低干擾力的大小。連接處如圖2所示。

2 剎車踏板驅動裝置

試驗過程中，應在導軌上加適量的潤滑油，減小摩擦力保證滑輪的滑動自如，上下調節通過手動調節輪調節如圖3所示，左右調節通過橫向滑軌手動滑動，調節完畢之后可將其用鎖緊螺母鎖緊，如圖4所示。左右調節距離范圍是154～384 mm（指作動缸中心距離，理論工作間距354.4 mm），上下調節范圍489～760 mm（指作動缸后座支撐銷高度，設計工作高度689 mm）。另外上下調節時需要將鎖緊螺栓松開，因為滾珠絲桿沒有自鎖功能，松開之后轉動手動調節手輪調節到合適的位置后，將緊定螺栓再次鎖死。安裝時應利用升降臺如下圖所示來給作動器定位，保證作動筒的水平位置，而可伸縮桿可提供適當的壓緊力，在伸縮桿長度調節完成之后應將緊定螺母鎖緊，使得在整個驅動過程中作動筒整個位置的固定，其上下調節是通過后座上的調節手輪來實現，調節范圍為120～200 mm（指作動缸中心位置離地面高度）。

設備調試過程中，作動器的伸出速度不宜過高，并時刻觀察滑軌處是否卡住，一旦發現卡住或者滑動不順暢，需停止作動器工作，排除故障之后才可以繼續工作。

3 仿真計算

以ADAMS對整個工作過程進行動力學仿真，模擬整個工作過程的運動、受力情況，并得到一些關鍵力的數據。

以ADAMS，WORKBENCH聯合仿真，將ADAMS動力學仿真得到的交變力輸入到WORKBENCH，得到支架在作動缸的作用下的變形情況，以評估支架的可靠程度并進行必要的改進。

而載荷力的大小是要根據ADAMS動力學仿真中，作動筒對接觸點的作用力而確定，將ADAMS得到的數據曲線通過一定的處理并導入到WORKBENCH，作為其載荷。

通過聯合仿真，可得到整個支架的等效應變，最大應力集中在T型螺栓處，大約為25.7 MPa?？傮w位移最大位移處總體位移大約為0.016 mm，與實際情況相符滿足需求。

4 LVDT激勵及采集系統

方案采用ADI芯片組，主要由LVDT激勵模塊、LVDT信號調理模塊、ADC轉換模塊、USB轉換模塊以及供電模塊組成。

（1）LVDT激勵模塊用于對LVDT傳感器初級線圈進行勵磁，提供工作磁場。

（2）LVDT信號調理模塊用于對LVDT傳感器兩個次級線圈的電壓差先與初級線圈電壓差進行除法運算消除輸入波動，再進行濾波、放大。

（3）ADC轉換模塊用于對輸入的經過放大后的模擬量信號進行模數轉換并輸出；

（4）USB轉換模塊是將ADC芯片輸出的信號轉換成支持USB總線的信號，方便與上位機進行通訊。

（5）供電模塊主要對上述各模塊供電。

方案采用美國ADI公司的芯片組，主要采用型號EVAL-CN0301-SDPZ的LVDT信號激勵調理電路板、型號EVAL-SDP-CB1Z的USB轉換模塊、型號EVAL-CFTL-6V-PWRZ的220V AC轉6V DC電源模塊。其中LVDT信號激勵調理電路板包含了LVDT信號激勵模塊、信號調理模塊以及ADC轉換模塊。

LVDT信號激勵調理電路板集成了信號激勵模塊、信號調理模塊和ADC轉換模塊。它主要由型號AD698的激勵調理芯片、型號AD8615的軌對軌運算放大器、型號AD7992的12位逐次逼近型ADC以及配套的電容電阻等無源元件構成。其基本原理簡圖如圖5所示。

USB轉換模塊采用ADI公司的模擬設備系統演示平臺系列里的轉換USB電路板卡，型號EVAL-SDP-CB1Z。

5 結語

該裝置能夠實現模擬人腳踩踏剎車踏板的動作，并記錄踏板轉動角度與踏板受力的關系。具有結構緊湊、布局合理、維護簡單、操作方便、移動靈活的特點。

參考文獻

[1] 高澤迥.飛機設計手冊第14分冊-起飛著陸系統設計[M].北京：航空工業出版社，2002.

[2] 麻士東.飛機起落架緩沖系統動力學仿真研究[D].南京：南京航空航天大學，2004.

[3] 朱偉.某型飛機起落架的收放與轉彎機構可靠性研究[D].長沙：中南大學，2011.

[4] 丁武.飛機起落架運動協調與分析技術研究[D].西安：西北工業大學，2002.

[5] 王鐵勇.飛機起落架緩沖器的主動控制技術的分析與研究[D].西安：西北工業大學，2003.