专利名称：起落架半主动减摆器及其控制方法
技术领域：
本发明的半主动减摆器及其控制方法，属起落架减摆器领域。
背景技术：
飞机在起飞或着陆滑跑时，前轮有时会发生一种偏离中立位置的剧烈的侧向摆动，导 致前起落架支柱和机身的晃动，严重时会影响驾驶员的正常操纵，甚至引起机身部件和起 落架结构的破坏或事故的发生，这种复杂振动称为前轮摆振，是一种非常有害的自激振动。
目前国内外主要靠安装前轮减摆器来抑制摆振。前轮减摆器一般采用油液式减摆器。 当发生摆振时，机轮通过活塞杆带动活塞在外筒内往复移动，迫使由活塞分隔的两腔内的 油液通过活塞上的节流孔来回流动。油液经节流孔来回流动过程中要产生一个对支柱轴线 的阻尼力矩，阻止前轮摆动，并使机械能逐渐变成热能耗散掉。
油液减摆器的设计要兼顾防摆和飞机滑跑方向稳定性。减摆器阻尼偏小就难以起到减 摆的作用，相反，若减摆器阻尼过大，则会导致飞机滑跑方向的不稳定。因此，传统型式 的减摆器必须取得两者之间的折衷。且节流孔大小选定后，减摆阻尼力不可调节，是被动 式的阻尼装置，缺乏适应性，而减摆器实际工作时会受到温度的影响、压力变化的影响， 如有的减摆器装有温度控制活门，但此类活门结构复杂，精度低。
对于大型飞机或装有小车式起落架、自行车式起落架或两主轮距较小的前三点起落架 的飞机， 一般前轮都设计成可操纵转向的。在结构上操纵作动筒与减摆器常常整合在一起， 称为操纵减摆器。操纵减摆器兼有操纵及减摆功能， 一方面要提供可供前轮转向的力矩， 另一方面必须具备防止前轮摆振的足够阻尼。此类减摆器结构复杂，转向和防摆的耦合使 维护保养成本增加，且其减摆阻尼不可调。
主动控制和半主动控制技术被应用于车辆悬架和建筑物的防风抗摆，控制目标是减弱 外界激励对系统的干扰。起落架前轮的摆振是一种自激振动，当外界激励消失后，机轮会 以一定摆动频率和幅值继续振动，因此控制目标是抑制摆振的发生或者使摆振的振幅达到 最小，同时要兼顾滑跑方向稳定性问题。文中S. H. Long, "Active control of shimmy oscillation inaircraft landing gear," Concordia University, 2007.提出利用主动控制技术抑制飞机前轮摆振，侧重于 控制算法的研究，具体实施方案并未涉及。文中b. s. a. d. k. Maiti, "Lateral stability of a typical nose landing gear using torsional magneto-rheological (MR) damper," /"<iZa Co"/erewce, /TVD/COW _200& 4wmk"/
2, Z^c.Page妙5" - 2008.提出用基于磁流变液减摆器的半主动控制
技术抑制飞机前轮摆振，但是因为金属的密度大，磁流变悬浮液的分散性不稳定，沉降问 题很严重。
发明内容
本发明为了克服现有起落架减摆器减摆阻尼不可调节，受温度和油液压縮影响，适应 性差的不足，提供一种减摆阻尼可控，与操纵系统分离，可以考虑包括油液温度和油液压 縮变化因素，满足飞机滑跑、减摆、操纵时不同阻尼需求的半主动减摆装置。
本发明的半主动减摆器，包括缸体、活塞、活塞杆、高速开关阀、控制器以及各类传 感器，包括位移传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器。所述缸体与起落架缓 冲器外筒连接；所述活塞杆与起落架扭力臂连接；前轮的摆动通过轮叉和扭力臂带动活塞 杆，继而带动活塞在缸体内往复运动；所述活塞将缸体分为左腔和右腔；所述缸体的左腔 和右腔通过管路和高速开关阀相连接；所述高速开关阀由控制器驱动；所述传感器用来获 得机轮摆动位移、速度和加速度信息以及减摆器油液压力和温度信息；所述控制器根据接 收到的传感器信号，通过控制算法改变高速开关阀的占空比，以脉宽调制方式调节高速开 关阀的流量。
一种起落架半主动减摆器，包括液压缸体、置于缸体内的活塞、与活塞连接并伸出缸 体的活塞杆，缸体通过缓冲器外筒耳片与起落架缓冲器外筒连接，活塞杆与起落架扭力臂 连接，本发明还包括位移传感器、第一加速度传感器、第二加速度传感器、温度传感器、 压力传感器、控制器、高速开关阀，所述高速开关阀与控制器电连接，并且通过管路一端 与缸体左腔相通，另一端与缸体右腔相通。所述位移传感器与控制器电连接并设置活塞杆 和缓冲器外筒之间，第一加速度传感器与控制器电连接并设置在缓冲器外筒上，第二加速 度传感器与控制器电连接并设置在机轮轮轴上，温度传感器与控制器电连接并装配在缸体 上，压力传感器与控制器电连接并装配在缸体上。
本发明的控制器内置以下模块判断模块，其功能是接收位移传感器、第一加速度传 感器、第二加速度传感器的反馈信号，判断机轮工况；摆振工况模块，其功能是设定摆振
5工况标准；滑行工况模块，其功能是设定滑行工况标准；操纵工况模块，其功能是设定操 纵工况标准；输出模块，其功能是输出高速开关阀的控制信号初值；自适应模糊控制模块， 其功能是接收位高速开关阀的控制信号初值，位移传感器、第一加速度传感器、第二加速 度传感器、温度传感器、压力传感器的反馈信息，输出控制高速开关阀的信号。
本发明还涉及使用上述的起落架半主动减摆器的控制方法，其控制过程是控制器接 收位移传感器、第一加速度传感器和第二加速度传感器反馈的机轮的摆动信息，判断起落 架前轮系统处于振摆工况，滑跑工况和操纵工况中的何种工况，根据判断结果确定高速开 关阀的控制信号初值，自适应模糊控制器接收到高速开关阀的控制信号初值，再综合位移 传感器，第一加速度传感器和第二加速度传感器反馈的机轮摆动信息及温度传感器，压力 传感器提供的液压缸油液温度和压力信息给出高速开关阀的控制信号。
本发明的半主动减摆器是一种能够提供连续可变阻尼力的减摆器。飞机在起飞、降落、 滑跑和地面操纵时，位移传感器和加速度传感器感知机轮的摆动位移和加速度，温度传感 器和压力传感器感知液压缸内油液的温度和压力，控制器根据传感器提供的信号，通过自 适应模糊控制器计算输出控制信号调节高速开关阀的占空比大小，以脉宽调制方式调节高 速开关阀的流量。高速开关阀流量的大小决定油液在缸体左腔和缸体右腔之间流动阻尼的 不同，满足飞机滑跑、减摆和地面操纵时对阻尼的不同需求。本发明的半主动减摆器适应 性强，考虑了油液温度和油液压縮性对减摆器性能的影响，能够根据飞机不同工况确定高 速开关阀流量，提供不同阻尼，满足飞机滑跑、减摆、操纵时不同阻尼需求的半主动减摆
器o
本发明的半主动减摆器与飞机前轮地面操纵系统是分离的，使得减摆器拆卸方便，易 于维修，简化了液压系统。同时半主动减摆器的可变阻尼保证了操纵的可行性。
图l是半主动减摆器示意图； 图2是半主动减摆器安装图； 图3是半主动减摆器控制图。
图中l缸体、1-l缸体左腔、l-2缸体右腔、2活塞、3活塞杆、4管路、5 高速开关阀、 6缓冲器支柱、7缓冲器外筒、8缓冲器外筒耳片、9扭力臂、10轮 叉、ll机轮、12位移传感器、13第一加速度传感器、H温度传感器、15压力传 感器、16控制系统、17自适应模糊控制器、18第二加速度传感器、19轮轴具体实施方法
缸体1通过缓冲器外筒耳片8与起落架缓冲器外筒7连接，活塞杆3与起落架扭力臂 9连接。机轮11的摆动通过轮叉10和扭力臂9带动活塞杆3，继而带动活塞2在缸体1 内往复运动。油液在活塞2相对缸体1的运动下从缸体左腔1-1 (或右腔1-2)通过管路4 经过高速开关阀5，然后流入右腔1-2 (或左腔1-1)。控制器14根据传感器获得的机轮 ll摆动位移、加速度，油液压力，油液温度，输出高速开关阀5控制信号，通过改变脉宽 调制信号的占空比，使液压缸1中的油液在经过管路4流经高速开关阀5的阻尼发生变化， 从而达到控制机轮11的目标。
控制系统接收位移传感器12和加速度传感器13/18反馈的机轮摆动信息，判断起落 架前轮系统处于摆振工况、滑跑工况和操纵工况中的何种工况。根据判断结果确定高速开 关阀5的控制信号初值，即脉宽调制的占空比。
滑跑工况时，自适应模糊控制器17接收到高速开关阀5的初值，综合位移传感器12 和加速度传感器13/18反馈的机轮11摆动信息，温度传感器14和压力传感器15提供的 液压缸油液温度和压力信息，给出高速开关阀5的控制信号，即脉宽调制的占空比，来调 节高速开关阀5的流量。此工况下，主要考虑飞机滑跑方向稳定性问题，减摆器阻尼取最 小值。自适应模糊控制器17通过调节高速开关阀5流量，使得油液在通过高速开关阀5 时流动阻尼最小，保证飞机滑跑方向的稳定性。
摆振工况时，自适应模糊控制器17接收到高速开关阀5的初值，综合位移传感器12 和加速度传感器13/18反馈的机轮11摆动信息，温度传感器14和压力传感器15提供的 液压缸油液温度和压力信息，给出高速开关阀5的控制信号，即脉宽调制的占空比，来调 节高速开关阀5的流量。此工况下，考虑油液温度和油液压缩性对减摆器阻尼的影响，还 要考虑飞机滑跑方向稳定性问题。在抑制摆振发生或减弱摆振振幅的同时，保证飞机滑跑 方向的稳定性。自适应模糊控制器17通过调节高速开关阀5流量，改变油液在通过高速 开关阀5时的阻尼，同时根据位移传感器12和加速度传感器13/18反馈的机轮11信息判 断出摆振是发散还是收敛，进一步调节高速开关阀5流量，改变油液在通过高速开关阀5 时的阻尼，达到抑制摆振的发生或者摆振发生后减小摆振幅值，将摆振的危害降到最低。
操纵工况时，自适应模糊控制器17接收到高速开关阀5的初值，综合位移传感器12 和加速度传感器13/18反馈的机轮11摆动信息，温度传感器14和压力传感器15提供的
7液压缸油液温度和压力信息，给出高速开关阀5的控制信号，即脉宽调制的占空比，来调 节高速开关阀5的流量。此工况下，要求减摆器阻尼值取最小值，保证地面操纵的顺利实 施。自适应模糊控制器17通过调节高速开关阀5流量，使得油液在通过高速开关阀5时 流动阻尼最小，保证飞机地面操纵的顺利实施。
本发明的半主动减摆器适应性强，考虑油液温度和油液压縮性对减摆器性能的影响， 能够根据飞机不同工况确定高速开关阀流量，提供不同阻尼，满足飞机滑跑、减摆、操纵 时不同阻尼需求的半主动减摆器。
权利要求
1、一种起落架半主动减摆器，包括液压缸体(1)，置于缸体内的活塞(2)，与活塞(2)连接并伸出缸体(1)的活塞杆(3)，所述缸体(1)通过缓冲器外筒耳片(8)与起落架缓冲器外筒(7)连接，所述活塞杆(3)与起落架扭力臂(9)连接，其特征是还包括位移传感器(12)、第一加速度传感器(13)、第二加速度传感器(18)、温度传感器(14)、压力传感器(15)、控制器(16)、高速开关阀(5)，所述高速开关阀(5)与控制器(16)电连接，并且通过管路(4)一端与缸体左腔(1-1)相通，另一端与缸体右腔(1-2)相通。所述位移传感器(12)与控制器(16)电连接并设置活塞杆(3)和缓冲器外筒(7)之间，第一加速度传感器(13)与控制器(16)电连接并设置在缓冲器外筒(7)上，第二加速度传感器(18)与控制器(16)电连接并设置在机轮轮轴(19)上，温度传感器(14)与控制器(16)电连接并装配在缸体(1)上，压力传感器(15)与控制器(16)电连接并装配在缸体(1)上。
2、 根据权利要求1所述的减摆器，其特征是所述控制器(16)内置以下模块判断模块，其功能是接收位移传感器(12)、第一加速度传感器(13)、第二加速度传感器(18)的反馈信号，判断机轮(11)工况；摆振工况模块，其功能是设定摆振工况标准；滑行工况模块，其功能是设定滑行工况标准；操纵工况模块，其功能是设定操纵工况标准；输出模块，其功能是输出高速开关阔(5)的控制信号初值；自适应模糊控制模块，其功能是接收位高速开关阀(5)的控制信号初值，位移传感器(12)、第一加速度传感器(13)、第二加速度传感器(18)、温度传感器(14)、压力传感器(15)的反馈信息，输出控制高速开关阀(5)的信号。
3、 一种使用如权利要求1所述的起落架半主动减摆器的控制方法，其特征是控制器(16)接收位移传感器(12)、第一加速度传感器(13)和第二加速度传感器(18)反馈的机轮(11)的摆动信息，判断起落架前轮系统处于振摆工况，滑跑工况和操纵工况中的何种工况，根据判断结果确定高速开关阀(5)的控制信号初值，自适应模糊控制器(17)接收到高速开关阀的控制信号初值，再综合位移传感器(12)，第一加速度传感器(13)和第二加速度传感器(18)反馈的机轮(11)摆动信息及温度传感器(14)，压力传感器(15)提供的液压缸油液温度和压力信息给出高速开关阀(5)的控制信号。
全文摘要
本发明的起落架半主动减摆器及其控制方法，属于飞机起落架减摆器领域。包括缸体、活塞、活塞杆、控制器、传感器和高速开关阀，缸体与起落架缓冲器外筒连接，活塞杆与起落架机轮扭力臂连接，活塞将缸体分为左腔和右腔，高速开关阀由控制器驱动，通过管路和缸体的左腔和右腔相连接，其控制方法是控制器接收传感器反馈的机轮的信息，判断起落架前轮系统处于何种工况，确定高速开关阀的控制信号初值，再通过控制器中的自适应模糊控制器模块接收高速开关阀的初值，综合传感器提供的信息给出高速开关阀的控制信号。本发明提供一种考虑油液温度和油液压缩因素变化阻尼可控减摆器，满足飞机减摆、滑跑和地面操纵时不同阻尼需求的半主动减摆装置。
文档编号B64C25/22GK101519120SQ200910029220
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者晖 刘, 陈大伟, 顾宏斌 申请人:南京航空航天大学