飛機防滑剎車

飛機防滑剎車

飛機防滑剎車系統在飛機起飛和著陸過程中起著極其重要的作用。飛機防滑剎車系統最初設計的目的是防止飛機在剎車過程中爆胎、減少輪胎磨損以及保證飛機的起飛著陸安全,它基本上伴隨著飛機的誕生經歷了近百年的發展歷史。20世紀初飛機採用了機輪剎車技術,這一技術一直使用了二十多年,直到20世紀30年代,飛機才開始使用液壓剎車系統。

用途

飛機防滑剎車系統作為飛機重要的機載設備,對飛機的起飛、安全著陸、持續作戰和適應機場的能力等方面起著重要的作用,剎車系統性能的好壞直接影響到飛機及機載人員的安全。由於飛機著陸過程持續的時間比較短,所以要求防滑剎車系統必須安全、反應迅速,以確保飛機安全剎車。

發展歷程

防滑剎車系統在飛機上使用經歷了這樣一個過程。按照防滑剎車系統發展先後順序來分:從最開始的繼電開關式開始,歷經繼電調節式、模擬式機輪速度或滑移誤差控制系統、數字式多餘度滑移速度誤差、壓力偏調型電子自動防滑剎車控制系統的發展,到目前的全電剎車系統以及電靜液剎車系統等。按照年限來區分可分為:20世紀10年代,飛機上首次使用機輪剎車技術;20世紀20年代,飛機普遍採用機輪剎車技術;20世紀30年代,飛機開始採用液壓剎車系統;20世紀40年代,飛機開始採用盤式剎車裝置;20世紀50年代,英國Dunlop公司發明了防滑剎車系統,這是一種機械式防滑剎車系統,當時在西歐的旅客機上被廣泛採用;20世紀60年代,模擬式電子防滑剎車系統開始出現舊。隨後在20世紀70年代後期,出現了數字式防滑剎車系統。按照使用的能量來源又可分為:液壓防滑剎車系統、全電防滑剎車系統和電靜液防滑剎車系統。

系統模型分析

要建立飛機防滑剎車系統整體的數學模型,就必須綜合考慮飛機機體、機輪、輪胎、感測器等因素。系統模型主要包括飛機機體動力學模型、機輪動力學模型、輪胎和跑道間結合係數模型、結合力矩計算單元模型、作動器模型、剎車裝置模型以及防滑控制盒模型等組成。要建立整個系統的模型,就必須考慮各部分的作用以及各部分相互之間的關係。下面在逐一介紹飛機防滑剎車系統各部分數學模型的基礎上,建立整個系統的動力學模型。

在建立系統模型之前先作如下假設。

(1)將飛機視為理想剛體,不考慮彈性變形,機體簡化為一質點。

(2)由於飛機在地面著陸過程中,發動機呈慢車推力狀態,所以不考慮發動機轉子產生的陀螺力矩。

(3)飛機在地面滑跑有6個方向的運動,假設飛機滑跑時沒有側風或側風很小,飛機兩邊跑道狀態完全對稱,這樣就可以將飛機簡化為3個自由度的運動體,即縱向、垂直方向和俯仰運動。

(4)主起落架等效為一變長度的懸臂量。輪胎只考慮其垂直變形,無側向變形。

(5)假定所有受剎機輪的剎車機構性能一致,且同步控制。所有機輪的剎車控制就可以簡化為單輪單通道機輪的控制。

控制方式

機械控制方式

機械式防滑剎車控制方式是剎車系統最早採用的剎車控制方式,起源於20世紀50年代,英國Dunlop公司發明的採用轉速表控制剎車的機械式防滑剎車系統,並取名為Maxaret系統,當時在西歐的旅客機上被廣為使。

模擬控制方式

20世紀60年代,隨著電子技術的發展,模擬式防滑剎車系統開始出現,最著名的模擬式控制系統是美國HydroAire公司的MARK系列和英國的OSCAR系列,其中又以MARK系列更為典型。MARK系列發展至今,已經從最初的MARK I型已發展到目前最先進的MARKV型。

模擬式控制系統中使用微分電路計算機輪的速度變化率。與慣性機械式的系統一樣,模擬式控制系統被控量也是機輪的減速度,但是從MARK I開始已把控制律由“開關式”改為“調節式”,每次松剎車時不用像MARK I型那樣使剎車壓力回零,因此,MARK I型的剎車效率相對MARK I提高了很多,且剎車變得更加平穩。在MARK I型研製階段,防滑系統首次增加了機輪防抱死、接地保護、擾流板作動、機輪防加速旋轉、前輪防滑等輔助功能。美國現役較先進的戰鬥機F-16、F-18裝備的是模擬式防滑剎車系統。

數字控制方式

20世紀80年代,HydroAire公司在波音757和767上使用世界上第一個使用微處理器的數字式防滑剎車控制系統-MARKⅣ型防滑剎車剎車系統。進入2000年以來,防滑剎車系統的發展比較活躍,飛機防滑剎車控制技術的研究,開始轉向高性能控制CPU和先進控制算法結合的方向。

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