淺析飛機起落架磁流變減擺器的設計流程

摘要：前輪擺振問題的存在，會影響到飛機的正常運行，需要積極采用磁流變減擺器加以應對和處理。想要充分發揮飛機起落架磁流變減擺器設計水平，需要科學合理把握好設計流程。本文主要從磁流變減擺器常用控制方法分析入手，重點介紹了飛機起落架擺振控制模型建設情況，還提出了硬件和軟件兩個部分的設計過程，為更好提升飛機起落架的安全穩定運行水平提供一定借鑒和參考。

關鍵詞：飛機;起落架;磁流變減擺器;設計流程

0? 引言

飛機實際運行中起飛、著陸滑跑會容易受到外力干擾的影響，前輪有偏離機輪中立位置、扭轉方向和側向產生相互耦合的劇烈振動，被稱為前輪擺振。這一現象的存在無法確保飛機的穩定性和安全性，將油液減擺器安裝在起落架上可以有效抑制擺振問題。但需要注意到的是，無法結合外負載變化調整好油液減擺器的輸出阻尼力，是被動控制類型，在控制效果方面還有較大提升空間。積極使用磁流變減擺器輸出阻尼力，則能夠實時調整，是半主動控制類型，擁有良好的控制效果。

1? 磁流變減擺器常用控制方法

起落架擺振屬于自激振動，會產生一定的破壞性影響。在起落架機輪擺振控制，是通過加上一定外力，為合理調整好起落架的動力學性質，采用增加部分裝置、結構或者子結構的方式，良好控制好結構的動力學響應情況。實際控制飛機起落架擺振情況時，主要劃分為起落架擺振主動控制、被動控制、混合控制以及半主動控制四個方面。被動控制不需要外界能源保障作用力。油液式減擺器屬于耗能元件，在機輪的擺動過程中，減擺器容易變形，存在往復運動的相對性速度，促進擺振的能量得以耗散，進而飛機起落架產生的動力反應有所減輕。采用主動控制方式，能夠有效使用傳感器，針對反饋結構的各項信息、外界環境的干擾信息進行收集和總結，通過半主動控制算法，輸出較為適宜的作用力。在半主動控制方式應用過程中，最為重要的是選擇到高效的半主動控制策略和裝置。在磁流變阻尼器半主動控制算法應用中，包含智能控制算法和以實際狀態理論模型為基礎的控制算法。

2? 建立飛機起落架擺振控制模型

磁流變減擺器在飛機起落架穩定運行中發揮著積極作用，其中磁流變液在外部磁場作用下，黏度、塑性以及流變性質都會產生較大轉變。磁流變效應就是在這一基礎上逐漸演變的性質情況。磁流變阻尼器屬于可調控類型的裝置，能夠充分發揮磁流變液的各類優良特性，綜合各項被動控制裝備的優勢，擁有明顯可靠性，適應力也較強，在合理有效控制策略的基礎上，能夠達到主動減擺控制效果。磁流變阻尼器擁有著多個種類，按照活塞桿的作動方式可以劃分為旋動型和直動型兩個方面，而在工作模式方面，還擁有著剪切式、閥式、剪切閥式以及擠壓流動式方面。

磁流變減擺器實際運行中，包含磁流變液響應時間、硬件電路響應時間以及磁流變減擺器自身響應時間方面。在磁場液體下，磁流變液擁有著一定反應時間，受到液體粘稠度、磁場性質以及磁性顆粒占據空間的影響。響應時間越短，越能夠充分發揮減擺器的優勢和作用，這其中就需要實現科學合理的結構設計工作，著重掌控好系統柔度、阻尼通道設計以及活塞運動速度等方面。當減擺器內部阻尼擁有較寬的阻尼間隙，所需要的響應時間也較長，而整個減擺器的活塞桿都會處在較低速度的運行狀態中，響應速率會受到柔度的影響;而如果活塞桿保持著較高運行速率，且超過某個臨界值，柔度產生的作用明顯減少;而在減擺器運行速度持續加快的過程中，會按照級數減少響應時間，從而得到恒定值。針對起落架控制電路的實際響應時間進行分析和研究，能夠發現，如果磁流變液擁有著良好穩定的使用性能，減擺器具備著合理性的運行結構，就需要著重控制好減擺器控制電路的具體響應時間，這是控制系統硬件電路中的設計要點。

在構建起落架減擺器模型的過程中，主要是按照半主動控制動力學模型進行的。飛機保持著一定速度滑跑，在外力因素如跑道不平、側風以及操作不當等方面影響下，前輪偏離前進軸線，機輪具備一定的回復力和彈性作用，這樣會導致機輪運行中產生偏轉，并和前進的軸線方向產生著靠近趨勢，而隨著前進軸線恢復到一定狀態，會受到慣性作用的影響，前輪會給軸線產生一定偏離。在反復性前進和偏離過程中，飛機前輪能夠從飛機前進軸線出發，保持著左右擺動的運行狀態，從而整個飛機前輪的運行軌跡會呈現出S形曲線狀態。由此為基礎，構建起非線性擺振數學模型，構建起飛機輪胎側向運動方程和起落架支柱扭轉動力學方程。在減擺力矩為零時，實施仿真活動，針對阻尼加以扭轉可使得飛機保持著較好的運行速度，在這背景下機輪沒有擺振情況。將扭轉阻尼常數設置在K為-10時，運行速度設置為30m/s，飛機機輪會產生擺振效果，而磁流變減擺器的作用，會消除擺振問題。針對磁流變減擺器增加較大的電流，會產生較為明顯的減擺情況。機輪擺角，輪胎觸地情況會朝著側向產生位移問題，減少滑移角，外加小電流效果明顯;反之隨著滑移角增加，采用外加大電流能夠取得良好效果。機輪擺振擁有著較高運行狀態，增加大電流效果更好。由此能夠發現半主動控制方式可以更好支持磁流變減擺器的有效運行。

3? 硬件和軟件設計

3.1 硬件設計

第一，設計環節。實際設計飛機起落架磁流變減擺器，需要注重實施硬件設計工作。增加減擺器內部鐵芯線圈電流，可以有效提高減擺器阻尼通道內部的磁場強度，而減擺器內部阻尼的阻力也會增加，反饋到最終層面，會表現出減擺器擁有較高的阻尼力輸出效果。而隨著電流減少的情況，減擺器的阻力也會呈現出有所降低的情況。結合這一運行原理，要合理性調節好線圈內部環路電流，從而針對減擺器的阻尼力加以調控。磁流變線圈是控制系統的負載，相當于電感串聯電路、電阻，其中電感擁有著良好存儲能量的作用，在減擺器線圈電流無法得到優異階躍響應的情況下，電流實際需要的反應時間較長。細致深入分析磁流變減擺器的內在控制原理，能夠發現首先要輸入相應信號，采集傳感器的運行信號;其次，針對信號預處理加以模擬，包含放大、濾波以及振幅等方面;再者，開展A/D轉換效果;再者，實施DSP數字信號處理;再者，還要實施PWM平滑濾波處理效果，完善通信接口;最后，輸出相應的運行信號。

第二，選擇合適的器件。磁流變減擺器控制系統運行中，需要注重選擇到有效合理的器件，主控制芯片中選擇使用到數字信號處理芯片，充分發揮存儲量大、準確度高以及轉換效果較快的優勢。在位移傳感器方面選擇中要選擇到適宜整個運行系統的設備，動器輸出位移中使用反饋測量方式，從飛機起落架磁流變減擺器的實際運行距離出發，結合磁流變減擺器行程，選擇到最佳的傳感器檢測距離。

3.2 軟件設計

積極構建起科學完善的軟件開發平臺，能夠為有效支持飛機起落架磁流變減擺器的正常穩定運行，使用數字信號處理器軟件代碼編輯器，即CCS可以起到明顯的工作效果。這一軟件平臺運行中，存在著一系列運行工具，能夠支持開發和調試嵌入式應用活動的有效開展。CCS軟件系統運行中，開發環節包含應用設計、原代碼編譯、工程文件配置以及單步調試方面。實際應用過程中，需要有效控制好整個磁流變減擺器運行中的軟件結構，初始化處理好控制系統的參數和模塊，確保全局變量定義工作有效開展，針對位移傳感器初始位置加以準確檢測，當出現復位信號時候能夠開展初始化活動。

4? 結束語

磁流變減擺器在飛機起落架整體運行過程中發揮著積極作用，能夠有效支持整個起落架的安全穩定運行，避免前輪擺振問題的發生。實際設計飛機起落架磁流變減擺器的過程中，需要高度重視建立飛機起落架擺振控制模型，做好硬件部分和軟件部分的設計工作。

參考文獻：

[1]祝世興，劉秀.飛機前起落架磁流變液減擺器設計與性能分析[J].機床與液壓，2019，47（02）：75-78，108.

[2]祝世興，范世達.葉片式磁流變減擺器磁路設計與仿真[J].機械設計與制造，2017（8）.

[3]祝世興，張皓.基于田口法的磁流變減擺器優化設計[J].制造技術與機床，2019，682（04）：64-68.

[4]楊永剛，張磊，顧新東，等.基于磁流變阻尼器的前起落架擺振半主動最優控制[J].機床與液壓，2017，045（021）：100-104.

[5]衛麗君，李書.磁流變減擺器對直升機空中共振的影響分析[J].振動，測試與診斷，2013，033（006）：981-986.