[科普中國(guó)]-飛機(jī)防滑剎車(chē)

用途

飛機(jī)防滑剎車(chē)系統(tǒng)作為飛機(jī)重要的機(jī)載設(shè)備，對(duì)飛機(jī)的起飛、安全著陸、持續(xù)作戰(zhàn)和適應(yīng)機(jī)場(chǎng)的能力等方面起著重要的作用，剎車(chē)系統(tǒng)性能的好壞直接影響到飛機(jī)及機(jī)載人員的安全。由于飛機(jī)著陸過(guò)程持續(xù)的時(shí)間比較短，所以要求防滑剎車(chē)系統(tǒng)必須安全、反應(yīng)迅速，以確保飛機(jī)安全剎車(chē)。1

發(fā)展歷程防滑剎車(chē)系統(tǒng)在飛機(jī)上使用經(jīng)歷了這樣一個(gè)過(guò)程。按照防滑剎車(chē)系統(tǒng)發(fā)展先后順序來(lái)分：從最開(kāi)始的繼電開(kāi)關(guān)式開(kāi)始，歷經(jīng)繼電調(diào)節(jié)式、模擬式機(jī)輪速度或滑移誤差控制系統(tǒng)、數(shù)字式多余度滑移速度誤差、壓力偏調(diào)型電子自動(dòng)防滑剎車(chē)控制系統(tǒng)的發(fā)展，到目前的全電剎車(chē)系統(tǒng)以及電靜液剎車(chē)系統(tǒng)等。按照年限來(lái)區(qū)分可分為：20世紀(jì)10年代，飛機(jī)上首次使用機(jī)輪剎車(chē)技術(shù)；20世紀(jì)20年代，飛機(jī)普遍采用機(jī)輪剎車(chē)技術(shù)；20世紀(jì)30年代，飛機(jī)開(kāi)始采用液壓剎車(chē)系統(tǒng)；20世紀(jì)40年代，飛機(jī)開(kāi)始采用盤(pán)式剎車(chē)裝置；20世紀(jì)50年代，英國(guó)Dunlop公司發(fā)明了防滑剎車(chē)系統(tǒng)，這是一種機(jī)械式防滑剎車(chē)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)在西歐的旅客機(jī)上被廣泛采用；20世紀(jì)60年代，模擬式電子防滑剎車(chē)系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)舊。隨后在20世紀(jì)70年代后期，出現(xiàn)了數(shù)字式防滑剎車(chē)系統(tǒng)。按照使用的能量來(lái)源又可分為：液壓防滑剎車(chē)系統(tǒng)、全電防滑剎車(chē)系統(tǒng)和電靜液防滑剎車(chē)系統(tǒng)。1

系統(tǒng)模型分析要建立飛機(jī)防滑剎車(chē)系統(tǒng)整體的數(shù)學(xué)模型，就必須綜合考慮飛機(jī)機(jī)體、機(jī)輪、輪胎、傳感器等因素。系統(tǒng)模型主要包括飛機(jī)機(jī)體動(dòng)力學(xué)模型、機(jī)輪動(dòng)力學(xué)模型、輪胎和跑道間結(jié)合系數(shù)模型、結(jié)合力矩計(jì)算單元模型、作動(dòng)器模型、剎車(chē)裝置模型以及防滑控制盒模型等組成。要建立整個(gè)系統(tǒng)的模型，就必須考慮各部分的作用以及各部分相互之間的關(guān)系。下面在逐一介紹飛機(jī)防滑剎車(chē)系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。

在建立系統(tǒng)模型之前先作如下假設(shè)。

(1)將飛機(jī)視為理想剛體，不考慮彈性變形，機(jī)體簡(jiǎn)化為一質(zhì)點(diǎn)。

(2)由于飛機(jī)在地面著陸過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)呈慢車(chē)推力狀態(tài)，所以不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的陀螺力矩。

(3)飛機(jī)在地面滑跑有6個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，假設(shè)飛機(jī)滑跑時(shí)沒(méi)有側(cè)風(fēng)或側(cè)風(fēng)很小，飛機(jī)兩邊跑道狀態(tài)完全對(duì)稱(chēng)，這樣就可以將飛機(jī)簡(jiǎn)化為3個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)體，即縱向、垂直方向和俯仰運(yùn)動(dòng)。

(4)主起落架等效為一變長(zhǎng)度的懸臂量。輪胎只考慮其垂直變形，無(wú)側(cè)向變形。

(5)假定所有受剎機(jī)輪的剎車(chē)機(jī)構(gòu)性能一致，且同步控制。所有機(jī)輪的剎車(chē)控制就可以簡(jiǎn)化為單輪單通道機(jī)輪的控制。1

控制方式機(jī)械控制方式機(jī)械式防滑剎車(chē)控制方式是剎車(chē)系統(tǒng)最早采用的剎車(chē)控制方式，起源于20世紀(jì)50年代，英國(guó)Dunlop公司發(fā)明的采用轉(zhuǎn)速表控制剎車(chē)的機(jī)械式防滑剎車(chē)系統(tǒng)，并取名為Maxaret系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)在西歐的旅客機(jī)上被廣為使。1

模擬控制方式20世紀(jì)60年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，模擬式防滑剎車(chē)系統(tǒng)開(kāi)始出現(xiàn)，最著名的模擬式控制系統(tǒng)是美國(guó)HydroAire公司的MARK系列和英國(guó)的OSCAR系列，其中又以MARK系列更為典型。MARK系列發(fā)展至今，已經(jīng)從最初的MARK I型已發(fā)展到目前最先進(jìn)的MARKV型。

模擬式控制系統(tǒng)中使用微分電路計(jì)算機(jī)輪的速度變化率。與慣性機(jī)械式的系統(tǒng)一樣，模擬式控制系統(tǒng)被控量也是機(jī)輪的減速度，但是從MARK I開(kāi)始已把控制律由“開(kāi)關(guān)式”改為“調(diào)節(jié)式”，每次松剎車(chē)時(shí)不用像MARK I型那樣使剎車(chē)壓力回零，因此，MARK I型的剎車(chē)效率相對(duì)MARK I提高了很多，且剎車(chē)變得更加平穩(wěn)。在MARK I型研制階段，防滑系統(tǒng)首次增加了機(jī)輪防抱死、接地保護(hù)、擾流板作動(dòng)、機(jī)輪防加速旋轉(zhuǎn)、前輪防滑等輔助功能。美國(guó)現(xiàn)役較先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)F-16、F-18裝備的是模擬式防滑剎車(chē)系統(tǒng)。2

數(shù)字控制方式20世紀(jì)80年代，HydroAire公司在波音757和767上使用世界上第一個(gè)使用微處理器的數(shù)字式防滑剎車(chē)控制系統(tǒng)-MARKⅣ型防滑剎車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)。進(jìn)入2000年以來(lái)，防滑剎車(chē)系統(tǒng)的發(fā)展比較活躍，飛機(jī)防滑剎車(chē)控制技術(shù)的研究，開(kāi)始轉(zhuǎn)向高性能控制CPU和先進(jìn)控制算法結(jié)合的方向。1