飞机地面方向综合控制系统初探

何学工，刘劲松，闵 丽

● （西安航空制动科技有限公司，陕西西安 710065）

飞机地面方向综合控制系统初探

何学工，刘劲松，闵 丽

● （西安航空制动科技有限公司，陕西西安 710065）

本文在简介机轮刹车系统和前轮转弯操纵系统发展概况的基础上，提出了紧跟国外飞机先进技术的地面综合控制系统的方案设想。对系统方案的技术内涵、功能特点进行了描述，对关键附件的技术路线进行了分析，指出了机轮刹车系统和前轮操纵专业的发展方向。

机轮刹车；前轮转弯操纵；地面综合控制

0 引言

前轮转弯和刹车系统都是飞机在起飞着陆和地面滑行时必须用到的重要系统，目前国际国内大多数飞机上述两个系统都是相互独立的，系统构成相对复杂、附件数量多，对飞行员操作水平要求较高[1-2]。随飞机发展与数字化管理的需要及机载系统向公共一体化发展的需要，将地面方向控制与防滑刹车控制系统进行综合成为必然趋势，一方面有利于提高系统集成度和整体性能，减小总成本，另一方面可满足地面操纵可靠性、灵巧性和智能化的需要。

1 机轮刹车系统和前轮转弯系统发展概述

早期飞机一般装备冷气惯性防滑刹车系统。20世纪70年代初，西方国家开始研制液压操纵的电子防滑刹车系统，很快获得普遍应用。20世纪80年代初西方发达国家开始研制电传操纵的带余度的数字式防滑刹车系统，并于20世纪90年代初在飞机上首次试飞成功，目前国外新型军民用飞机已普遍采用此类系统[3-5]。

目前国内机轮刹车厂家在跟踪和引进国外先进技术的基础上，研制成功了各种电子防滑刹车系统和数字式电传刹车系统，以其功能完备、技术先进、性能好和效率高等显著特点在机轮刹车系统中占据了统治地位，并得到了大量应用。系统的综合性能已达到国际先进水平。

前轮转弯系统在20世纪80年代以前一般用手轮和脚蹬进行操纵，通过机械传动来转动和拉动转弯分配活门，然后由液压作动筒来驱动前起落架，从而实现飞机的转弯功能，是一种机械液压系统。20世纪80年初，随电子技术的发展，国外军机开发了电传转弯技术，由电缆连接各部件，同时设计转弯控制律以提高操纵性能，即电传转弯系统。国内20世纪80年代末开始此项技术研究，但进展很快，在20世纪80年代已试飞成功并得到广泛应用。

2 国外地面综合技术发展

为适应机电综合管理的需要，进一步减轻飞行员起飞着陆的负担，国外正在发展公共管理系统，将防滑刹车控制系统和前轮转弯操纵系统纳入其中，实行综合控制。防滑刹车控制系统和前轮转弯操纵系统作为公共管理的子系统，其控制功能已经综合到飞机分系统综合控制器中。此项技术在民机上已得到广泛应用，如A320飞机以将机轮刹车和转弯功能的控制功能集成到综合控制器 BSCU中，减少了飞行员的操作，提高了飞机的综合性能，使飞机维护性得到提高。

从国外系统构成和控制规律来看，综合系统增加了自动增稳控制，适用于在侧风、阵风和推力反向的扰动情况下保证地面方向的稳定性。机轮刹车则采用先进的数字式电传刹车系统，具有防止机轮锁死和止转的全时防滑和保护功能。系统设计成多段刹车力矩控制，使刹车能量的不均度减少到最小，以保证踏板力与刹车力矩之间保持恒定关系。

3 国内地面综合技术现状及研究方向

国内虽然对单独的防滑刹车系统和前轮转弯系统研究较深，但对防滑刹车和前轮转弯系统的综合设计研究较少，在性能估算以及仿真、试验（性能、环境适应性及可靠性）等方面与国外有较大差距。

目前，飞机对综合系统要求主要有以下方面：一是短距离起降；二是缩短再次出动时间；三是地面操纵的灵活性、可靠性、智能化。为满足飞机对综合系统要求，有两种研究思路，一是利用现有成熟技术研制数字电传、液压作动的地面综合控制系统；二是研制智能控制、电力作动的地面综合控制系统。

3.1 数字电传、液压作动的地面综合控制系统

该系统的工作原理是由双余度的两自由度地面操纵指令传感器将飞行员的刹车和前轮转弯脚蹬指令信号转换成电信号，输入给地面综合控制装置，该控制装置根据防滑刹车控制规律、前轮转弯控制率和地面综合控制率来相应控制液压锁、电液伺服阀、刹车装置和组合液压阀、前轮操纵作动器，从而满足飞机在地面操纵的需要。该综合控制系统仍然能提供液压正常刹车防滑、气压应急刹车及气压牵引刹车和前轮操纵、减摆功能，系统控制采用余度管理自监控控制，具有BITE功能。系统成件都设计成双余度，提高系统的任务可靠度，缩短再次出动时间。

系统所属的地面操纵指令传感器是刹车指令传感器和前轮转弯指令传感器的综合，可感受飞行员刹车和蹬舵的两自由度指令信号，转换为电信号提供给地面综合控制装置使用。

地面综合控制装置是防滑刹车控制装置和前轮转弯控制盒的综合。该控制装置不仅有防滑刹车和前轮转弯控制功能，而且具有偏压调节、接地保护，轮间交叉保护、前轮减摆等辅助控制功能，同时具有适用于侧风、阵风和推力反向等扰动情况下的自动增稳控制功能。

机轮速度传感器为接触式的双信号速度传感器，选用高强度的稀土磁钢，提高信号品质和信号强度，同时提高成件的使用寿命。

电液伺服阀继续采用双余度线圈，提高输出压力的精度和稳定性，减小死区漂移。

组合液压阀包括组合液电阀和功能转换阀两大部分。组合液电阀包括3个电磁阀，功能转换阀包括一个主阀和两个卸荷阀、三个阻尼阀。前轮操纵作动器包括操纵作动筒和反馈传感器。

3.2 智能控制、电力作动的地面综合控制系统

智能控制、电力作动的地面综合控制系统，在控制规律和故障监控及处理方面通过预先控制、自适应控制和模糊控制等技术使系统工作更加平稳和高效率。同时对系统和附件的动态工作进行实时监控和专家管理，从而具有一定的智能，提高飞机地面操纵系统的可靠性和维修性，保障飞机的出勤率，提升飞机的战斗力。

该系统的显著特点是采用新型的磁光速度传感器感受机轮的转动信号，抗污染能力强的射流管刹车阀替代喷嘴挡板电液伺服阀。地面综合控制装置采用智能控制器，神经网络和模糊控制规律，电路设计采用国际通用标准和接口，便于机电综合和公共管理。同时该系统引入刹车力矩反馈信号，将刹车力矩设计成与刹车操纵力成比例关系，从而使飞机的减速完全平稳可控。该系统的目标是达到并超过国外先进地面操纵系统的水平。

系统智能地面综合控制器采用至少16位的微处理器设计智能综合控制器，注重硬件的抗干扰能力、模块化和通用接口设计，提高可靠性、可测试性和可维护性，以适应未来新一代战斗机采用公共设备智能管理系统的需要。

应用预先控制、自适应控制技术以及模糊控制技术和神经网络理论来研究地面操纵系统的控制规律，使得刹车系统和前轮转弯的控制律能更加适应外场的不确定因素和飞机、机轮动力学的高度非线性、时变性。同时研究系统自监控技术、故障诊断及处理技术和系统容错技术，使得地面操纵系统的工作安全可靠，具有一定的智能。

新型磁光速度传感器安装在机轮轴内静止不转，感受嵌入旋转衬套中的铁磁体元件的作用而得到机轮的转动信号，并通过静止轴中的光纤输出。该新型传感器能真实反应机轮的速度信号，提高信号的传输品质。

射流管刹车阀是一种抗污染阀。该阀的最大特点是抗油液污染能力强，大大提高系统对外场和战时条件的适应能力。同时能通过力矩反馈信号探测到阀的故障。

4 结语

机轮刹车系统和前轮转弯系统是飞机上重要的功能系统，将两个系统综合到一起可提高系统的集成度和综合控制性能，减小总的成本，适应飞机发展的趋势，与分立系统相比，综合系统在安全性、可靠性、维修性、保障性、质量和费用方面都有明显优势。

本文所提供的两种发展思路，既考虑了国外先进飞机的发展方向，又结合了国内现有技术，可使我国防滑刹车系统和前轮转弯系统综合设计水平整体跨上新的台阶，达到国际先进水平，并可缩短研制、试验周期，降低成本，满足飞机的需要。

[1]陆晓洁,谢利理,林晖.飞机防滑刹车系统的回顾与展望[J].航空科学技术,2003(2):31-34.

[2]杨新文.某型飞机电子防滑刹车系统仿真研究[D].北京:北京航空航天大学,1996

[3]智维列夫,科柯宁.航空机轮和刹车系统设计[M].北京:国防工业出版社,1980.

[4]黄昌来.飞机数字式防滑刹车系统新控制率的研究[D].西安:西北工业大学,1994.

[5]王占林.液压传动及伺服技术[D].北京:北京航空航天大学出版社,1998.

Discussion on Ground Plane Direction Integrated Control System

HE Xue-gong,LIU Jin-song,MIN Li
(Xi’an Aviation Brake Technology Co.,Ltd.,Xi’an 710065,China)

The paper puts forward two assumptions on ground control comprehensive system closely following the advanced technologies of foreign aircraft based on the description of wheel and brake system as well as nose wheel steering system.The technical connotation and functional feature of the system assumption are described,and the technical path of the key accessories is analyzed,and the development trend of the major of wheel -brake and nose-wheel steering is pointed out.

wheel brake; nose wheel steering; comprehensive ground control

V11

A

何学工（1968-），男，高级工程师。研究方向为机轮刹车系统。