大型民用飛機轉彎系統研究

王漢斌

【摘 要】飛機前輪轉彎系統是起落架系統的重要組成部分，本文對比分析了某A型飛機和某B型飛機的轉彎系統，結合已經在小型飛機和無人機上得到應用的全電轉彎技術，提出在大型民用飛機上采用全電轉彎的構想，為相關設計提供參考。

【關鍵詞】液壓系統；前輪轉彎系統；全電轉彎；減擺控制

0 前言

現代飛機的前輪轉彎系統其作用不僅限于操縱飛機前輪轉彎，它還可以起到前輪減擺等作用。轉彎系統為飛機在地面提供方向控制，具有低速滑行大角度轉彎和高速滑行小角度修正航向，確保飛機平穩滑行；在故障狀態下，能夠自動進入自由轉向模式，具有防止發生擺振和被動控制功能。

目前在民用飛機上采用兩種轉彎操縱方式：手輪轉彎和腳蹬轉彎。在駕駛艙設置一個或者兩個轉彎手輪供飛行員操縱前輪轉彎。轉彎手輪主要用于飛機低速滑行使用，此時可控制的轉彎角度較大，轉彎半徑小；腳蹬轉彎主要在飛機起飛和著陸過程中高速滑跑時使用，此時可控制轉彎角度較小，轉彎半徑大。兩種方式結合使用，增加了系統余度，提高了安全性。

在大型民用飛機上，起落架轉彎系統通常采用液壓壓力作為能源。本文通過研究某B型飛機和某A型飛機的轉彎系統，基于民用飛機多電和全電的發展方向，提出在大型客機上使用全電轉彎系統設想。

1 轉彎系統的組成部分

1.1 轉彎系統架構

民用飛機的前輪轉彎系統主要由機輪、扭力臂、轉彎作動筒、緩沖支柱、斜撐桿、液壓管路、控制盒和其它結構件組成，如圖1所示。

圖1 前輪轉彎系統

1.2 工作原理

圖2為轉彎系統控制原理框圖，轉彎控制指令可以由手輪和腳蹬單獨給出，也可以由兩者同時作用。由控制系統框圖可以看出，轉彎系統采用的是負反饋控制，前輪轉彎角度作為反饋信號，與轉彎指令信號進行比較后給出控制信號，從而控制電液伺服閥，并進一步驅動轉彎作動筒進行前輪轉彎。

圖2 轉彎系統控制原理框圖

2 B型飛機和A型飛機轉彎系統設計

B型飛機采用推挽式機械-液壓轉彎系統，所需能源由液壓系統提供，主要由輸入機構（手輪和方向舵腳蹬）、控制鋼索、伺服閥、反饋鋼索和轉彎作動筒這幾部分組成。

其工作原理：在起落架放下后，液壓能源到達切斷閥，從轉彎手輪或方向舵腳蹬輸入轉彎信號，經過鋼索將轉彎操縱信號傳遞至轉彎伺服閥，打開油路，高壓油到達兩個轉彎作動筒的不同腔，轉彎作動筒通過連接，將驅動力通過扭力臂傳遞到輪軸上，兩個作動筒一推一拉，驅動前輪偏轉。前輪轉動時，通過轉彎套筒上的反饋鋼索將機輪的位置信號提供給轉彎計量活門，實現手輪或腳蹬對前輪的伺服控制。

B型飛機前輪轉彎最大限制角度在起飛和著陸滑跑階段分別為：（1）腳蹬操控時：±7°；（2）手輪操控時：±78°。

A型飛機采用齒輪齒條式電控-液壓轉彎系統，其工作原理：按壓并轉動轉彎手輪或直接蹬動方向舵腳蹬發出轉彎指令，轉彎指令在轉彎控制組件內與其它相關信號進行邏輯運算，根據運算結果控制轉彎控制閥內電磁閥的通斷和電液伺服閥電流的大小，使液壓油流入轉彎作動筒的對應腔，驅動前輪偏轉。在一個作動筒內，齒輪齒條機構的運動使作動筒兩腔產生壓力差，在液壓力的驅動下，齒條驅動齒輪的旋轉筒，旋轉筒轉動帶動前輪轉動，從而實現飛機轉彎。

A型飛機前輪轉彎最大限制角度在起飛和著陸滑跑階段分別為：（1）腳蹬操控時：±6°；（2）手輪操控時：±75°。

3 優缺點分析

B型飛機采用了推挽式轉彎系統，是一種傳統的機械液壓控制模式，通過機械手柄等操縱器件帶動鋼索或連桿機構打開液壓閥進行控制。雙作動筒式前輪轉彎系統的功能主要體現為兩個作動筒操縱前輪進行轉向，它能夠滿足大型民機對低速大轉角和大轉彎力矩的要求，但其運動復雜，對操縱控制系統的要求較高。

A型飛機采用了齒輪齒條式轉彎系統，是一種較為先進的電傳式前輪轉彎系統。系統的指令和反饋都是通過電信號傳輸，操縱力矩由手輪設計的操作力矩決定，能較好地改善操作性，特別是手輪操縱時的性能。電傳式前輪轉彎系統只有腳蹬傳感器、手輪、控制器、轉彎控制閥和作動器等5個部件，功能集成度高，也減少了系統的重量，符合飛機總體減重的要求。電傳式前輪轉彎系統的最大特點是引入了控制律，沒有任何機械連接關系，這樣使系統部件的布局方便，同時方便轉彎系統調整參數。

綜上所述，A型飛機的轉彎方式是在B型飛機機械液壓控制模式的基礎上引入了電傳控制，符合民機轉彎系統的發展方向。另外，該方式的作動部件仍采用的是機械液壓作動筒，存在液壓油泄漏、維護不方便等缺點。

4 全電轉彎系統

目前，電轉彎系統在小型飛機和無人機上得到了一些應用，國內對于大型客機的全電動轉彎裝置還缺乏研究和應用。根據小型飛機上的應用情況，起落架電轉彎控制系統主要由減擺器、控制器、轉動電機、減速器、連接軸、連接桿、角度傳感器等組成。在地面滑跑轉彎時，控制器控制電機轉動，電機通過連接軸、減擺、連接桿將力傳遞給機輪，從而驅動機輪轉動，并通過角度傳感器實時向控制器反饋起落架的轉彎角度，實現電轉彎控制功能。

全電轉彎系統具有傳統轉彎系統不具備的優點：（1）使用電機代替液壓作動器，減輕系統重量，維護方便；（2）全電傳操控，具備容錯和自檢測功能。鑒于上述優點，在大型客機全電發展的背景下，可以采用全電式轉彎系統。

5 結束語

本文針對某兩個型號飛機的前輪轉彎系統進行了分析比較，結合目前已經在小型飛機上得到應用的全電轉彎技術，提出大型民機上采用全電轉彎系統的設想，為今后國內大型客機起落架電轉彎系統的設計提供參考。

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