飛機液壓防滑剎車系統建模與故障診斷分析

蔣鵬

摘要：：在航空領域當中，飛機的運行狀態十分重要。作為一種重要的飛機機載設備，液壓防滑剎車系統在飛機的起飛、著陸等過程中，具有十分重要的意義，對于飛機的安全有著直接的影響。隨著科學技術的不斷進步，飛機液壓防滑剎車系統的復雜程度越來越高，而其在運行當中也難免會出現各種故障。對此，本文對飛機液壓防滑剎車系統建模與故障診斷進行了分析，以期能夠確保飛機液壓防滑剎車系統良好的運行狀態，確保飛機運行的安全。

關鍵詞：飛機；液壓防滑剎車系統；建模；故障診斷

在飛機當中，液壓防滑剎車系統是一個十分重要的機載設備。飛機在著陸的時候，大約只會持續20秒左右的時間，所以，對于液壓防滑剎車系統的反應速度要求很高。因此，為了確保飛機起飛與著陸的安全，在裝機試飛之前，應當利用相應的地面設備，對液壓防滑剎車系統進行建模，并通過試驗對各項數據進行獲取，對系統性能指標進行驗證。以此為基礎，對飛機液壓防滑剎車系統進行故障診斷分析，從而保證飛機良好的防滑剎車性能。

一、飛機液壓防滑剎車系統結構原理

在飛機液壓防滑剎車系統當中，主要包括了防滑控制系統、機輪剎車調節系統等部分。其中，防滑控制系統主要包含了電液伺服、防滑控制、機輪速度傳感器等部分，機輪剎車調節系統則主要包括了定量器、輪胎、機輪、剎車裝置、剎車閥等部分。在飛機液壓防滑剎車系統的工作當中，在飛機著陸的時候，飛行員腳踩剎車到底，液壓防滑剎車系統會相對最大剎車壓力進行產生，利用伺服閥進行調節，通過連接管路，將剎車壓力傳遞給剎車裝置。剎車裝置的剎車力矩作用在機輪上，使其發生減速，并在地面、輪胎之間，產生相對滑動，因而通過摩擦力帶給飛機制動力[1]。這一結合力與幾輪滾動半徑形成結合力矩，在其與剎車力矩的共同作用下，就決定了機輪的運轉狀態。如果剎車力矩比結合力矩小，則機輪加速；如果剎車力矩比結合力矩大，則機輪減速；如果二者相等，則機輪轉速恒定。在剎車力較輕的時候，產生的制動力較為有限，不斷增加剎車壓力，剎車效率逐漸提升。但是，在剎車效率達到100%之后，如果繼續增加剎車壓力，將很可能在成機輪抱死的情況。對于這一情況，需要利用控制盒進行調節，確保飛機良好的剎車制動狀態。

二、飛機液壓防滑剎車系統建模分析

在飛機液壓防滑剎車系統的運行當中，為了對其運行狀態加以了解，并對其中可能存在或即將發生的故障進行診斷，應當對具體的數學模型進行建立，利用精確的模型化語言，對物理系統進行描述。通過對模型的建立，能夠對剎車閥、伺服器等部件的故障狀態、正常狀態等進行體現，從而為后續的故障診斷工作提供依據和基礎[2]。在電液伺服閥當中，負載力矩、擋板力矩共同對力矩馬達電磁力矩進行平衡。其中，擋板力矩Md=Kaθ2，其中，Md、Ka、θ2分別代表了擋板力矩、擋板剛度、擋板轉角。在力矩馬達負載的時候，銜鐵平衡方程為Md=Ma+Ml。其中，Km、Kl分別代表力矩馬達的電磁彈簧剛度和中位電磁力系數。在剎車閥當中，由于沒有噴嘴和力矩馬達，因而其數學模型為，閥芯平衡方程mvl=F+BT-Klx，其中，mvl、F、BT、Kl分別代表閥芯及流動液體質量、彈簧預緊力、瞬態液動力阻尼系數、穩態液動力剛度及彈簧彈性系數等效值。剎車裝置在幾輪輪轂當中，將液壓剎車壓力輸入剎車裝置、對剎車力矩進行輸出。在卸出剎車壓力的過程中，要完全脫開靜盤和動盤，不能有剎車力矩殘留。所以，應當將活塞回力彈簧安裝在剎車裝置氣缸座當中，在沒有剎車壓力的情況下，回力彈簧對靜盤進行推動，從而完全分離靜盤和動盤。

三、飛機液壓防滑剎車系統故障診斷

基于飛機液壓防滑剎車系統模型的建立，能夠對飛機剎車過程中的過程進行進行體現。利用這一模型，能夠對飛機實際運行當中，機輪輪胎、剎車閥、伺服閥等發生的故障進行體現，并通過模型對其進行簡化。通過對系統部分單元故障模型、狀態觀測期的建立，能夠利用計算機對飛機液壓防滑剎車系統中機輪輪胎、剎車閥、伺服閥的典型故障進行仿真，從而更加有效的進行故障診斷。作為飛機液壓防滑剎車系統當中重要的執行和控制部件，剎車閥和伺服閥具有十分重要的作用[3]。在基于模型的故障診斷當中，應當對狀態殘差和輸出殘差進行對比，并對殘差向量特征進行分析，從而對故障位置加以明確。

在實際工作當中，除了對狀態向量可測性進行考慮以外，還應當重視狀態信號表征信號的有效性，以及傳感器的經濟性。根據故障診斷結構得知，將狀態殘差反饋引入到剎車閥和伺服閥當中，將機輪角速度殘差引入到機輪輪胎當中。另外，在應用基于模型的故障診斷時，還需要對診斷對象觀測器進行設計。通過對系統模型的處理和簡化，建模動力機構和執行機構[4]。同時，將殘差反饋引入其中，以便降低故障因素造成的輸出殘差。在理論和實際計算機仿真研究當中，將適當強度的反饋進行引入，能夠對非故障信息進行一致，只需對反饋深度進行有效控制，即可準確的進行故障診斷。

四、結論

航空運輸是當前一個十分重要的交通運輸領域，在航空交通當中，飛機是最為重要的交通工具，因此飛機的運行狀態，將會對航空運輸產生直接的影響。剎車系統是飛機當中的重要系統，對于飛機的起降有著很大的影響。因此，針對飛機液壓防滑剎車系統進行建模，并以此為基礎對飛機容易發生的故障進行診斷，從而更好的確保飛機的性能與安全。

參考文獻：

[1]廖力清，段凌飛，熊翔，王頌.飛機防滑剎車系統的智能故障診斷與重構[J].中南大學學報（自然科學版），2010，01：207212.

[2]吳華偉，陳特放，黃偉明，胡春凱，邱東東.現役飛機剎車系統常見故障及解決措施[J].航空精密制造技術，2011，04：5255+59.

[3]劉東，安云哲，崔建國，譚峰.模型故障診斷法在飛機液壓能源系統中的應用[J].沈陽航空航天大學學報，2013，01：5156.

[4]黃澄，焦宗夏，尚耀星.考慮管路的飛機液壓剎車系統壓力振蕩分析[J].北京航空航天大學學報，2014，02：210215.