民用飛機前輪轉彎系統轉彎指令設計考慮

摘 要：現代飛機的轉彎系統大多采用電傳操控-液壓作動的方式，為飛機在地面提供轉彎能力，而提供轉向能力的器件一般為轉彎腳蹬和轉彎手輪。通過對典型民機前輪轉彎系統中轉彎腳蹬指令和轉彎手輪指令相互關系的設計分析，可以為民機前輪轉彎系統設計提供參考。

關鍵詞：前輪轉彎控制系統 電傳操縱 轉彎指令 轉彎腳蹬 轉彎手輪

中圖分類號：V22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（c）-0062-02

某型飛機在側風低速滑行時，飛行員使用轉彎腳蹬控制方向，在使用轉彎手輪進行接管時，出現機輪回中，轉彎不平滑的現象。經過調查發現，引起機輪回中，轉彎不平滑的原因為該型飛機轉彎手輪超控腳蹬指令，轉彎手輪指令與轉彎腳蹬指令不疊加，造成手輪接管時，轉彎控制組件接收手輪的指令而使機輪回中的現象。由于電傳操縱系統在穩定性、操縱性以及響應性的優勢，大多數民航飛機的轉彎系統都采用電傳操縱系統。該文針對電傳控制的前輪轉彎系統轉彎腳蹬指令和轉彎手輪指令相互關系進行了分析，希望能為國內民機前輪轉彎控制系統設計上提供技術支持。

1 系統原理分析

目前民機前輪轉彎控制系統采用數字式電傳轉彎技術，由轉彎手輪、轉彎控制組件SCU、轉彎控制閥、轉彎位移傳感器、齒輪齒條機構和轉彎解除開關等組成，具有電控轉彎、減擺及轉彎解除等功能[1]。某型飛機前輪轉彎系統腳蹬指令與手輪指令關系，如圖1所示。

某型飛機轉彎系統需求定義中，SCU控制通道處理的指令由手輪指令或腳蹬指令生成。手輪轉彎優先于腳蹬轉彎，轉彎手輪可超控腳蹬。手輪指令與腳蹬指令不疊加。僅轉彎腳蹬指令輸出時，轉彎系統執行腳蹬指令輸出，僅轉彎手輪指令輸出時，轉彎系統執行轉彎手輪指令輸出，當轉彎腳蹬指令+轉彎手輪指令輸出時，手輪指令優先于腳蹬指令，轉彎系統執行手輪指令輸出。

1.1 手輪轉彎

當機輪速度小于20 kt時，前輪最大轉彎角度為±66°，當機輪速度大于40 kt時，前輪最大轉彎角度為±8°，最大轉彎角度與機輪速度關系如圖2所示。

當機輪小于20 kt，前輪偏轉角度是手輪偏轉角度的函數而不是線性關系，如圖3所示。

1.2 腳蹬轉彎

飛機共有兩套腳蹬，分別安裝在左飛行員座椅和右飛行員座椅前方。在高速滑行階段，腳蹬轉彎可進行小角度糾偏，并且腳蹬轉彎最大角度不受機輪速度限制。前輪的偏轉角度與方向舵腳蹬行程成線性關系，轉彎腳蹬為±8.4°時，對應前輪的最大偏轉角度為±8°。

2 計算分析

按照第2章節的介紹，下文將考慮最嚴酷的情況，即轉彎腳蹬滿偏后，轉彎手輪接管時的飛機瞬態響應進行分析，以說明是否滿足設計指標要求。

2.1 分析假設

為簡化系統模型，以下分析基于如下假設：（1）雙發正常工作；（2）飛機勻速；（3）未使用差動剎車；（4）不考慮飛機航向偏轉角；（5）故障狀態為瞬時。

2.2 分析參數

（1）前機輪至主機輪長度L=14.9 m；（2）主輪間距B=4.6 m；（3）飛行員反映時間T=1 s。

經過建模分析，考慮最嚴酷的情況結果如表1所示。

由計算可知，飛機速度越大，橫向偏轉距離越大，感覺越明顯。建議飛行員高速滑行時使用腳蹬來控制方向，飛機輪速低于20節并且需要大角度轉彎時使用手輪來控制方向。下面列舉不同速度下的飛機軌跡差異的簡化模型。

2.3 空速40節（腳蹬8°），飛機航跡差異

由圖4可知，在1 s后，飛機在轉彎腳蹬滿偏，轉彎手輪介入后，飛機偏離預定軌跡2.861 m。

2.4 空速20節（腳蹬8°），飛機航跡差異

由圖5可知，在1 s后，飛機在轉彎腳蹬滿偏，轉彎手輪介入后，飛機偏離預定軌跡1.431 m。

3 運營風險評估

飛行員在使用轉彎腳蹬，手輪介入時，機輪出現回中，如果發現飛機橫向偏移量較大，可通過差動剎車來控制飛機航向，增加飛行員的工作負擔。

4 現役主流機型相關設計情況

4.1 A320飛機

A320轉彎系統手輪指令與腳蹬指令相互疊加，轉彎手輪上安裝有踏板解除開關。

4.2 B737飛機

B737前輪系統中手輪與腳蹬由各自的鋼索進行控制，手輪優先，手輪指令與腳蹬指令不疊加。但是，當使用腳蹬轉彎并同時操作手輪時，手輪鋼索直接作用扇形輪，并將腳蹬機構脫開，連接過程平滑無突變[2]。

4.3 ERJ190-100飛機

ERJ190-100前輪轉彎系統手輪超控腳蹬，手輪指令與腳蹬指令不疊加，手輪優先。

4.4 總結

上述機型轉彎系統手輪指令與腳蹬指令之間的關系見表2。

由上述可知，為防止手輪接管腳蹬時出現機輪回中現象，A320飛機采用手輪指令和腳蹬指令代數疊加的方式來避免，B737-800飛機通過特有的鋼索形式來解決角度突變問題。

5 結語

通過該文分析，目前現役飛機前輪轉彎系統的設計傾向于轉彎手輪指令與轉彎腳蹬代數疊加的指令輸出方式，這樣的設計可以避免前輪轉彎系統在腳蹬轉彎與手輪轉彎之間切換時帶來的角度突變問題，銜接平滑，并且轉彎指令疊加的設計考慮了人機工效問題，對于飛行操縱方面有著較好的優勢，比較容易被大多數飛行員所接受，將會成為后續設計機型關于轉彎指令設計的首選方案。

參考文獻

[1] 夏語冰，鐘科林，姜逸民.民用飛機轉彎控制系統研究[J].科技資訊，2010（32）：2-3.

[2] 鞠紅超.波音737-300型飛機與A320系列飛機前輪轉彎控制原理的比較分析[J].航空維修與工程，2011（2）：63-65.