一种基于飞机起落架垂直载荷的防滑刹车系统的制作方法

1.本技术涉及飞机液压防滑刹车控制系统领域，具体是一种基于轮载的飞机防滑刹车系统。


背景技术：

2.飞机的防滑刹车系统已经从机械防滑刹车系统发展到全数字电子防滑刹车系统，其通常选用多门限pbm控制设计防滑刹车系统的控制律，在低速刹车时，这种防滑刹车系统经常会出现刹车打滑或抖振的现象，同时刹车效率也较低，不能完全满足现代飞机设计的需要。
3.目前最先进的全调节式防滑刹车控制系统由机轮速度传感器、刹车压力传感器、刹车扭矩传感器、刹车盘、刹车电/液驱动装置和防滑刹车控制处理器组成，系统通过预设飞机滑跑质量、道面类型，测量非刹车机轮的转速，作为飞机地面滑跑参考速度，计算刹车机轮刹车时的滑移率，实时监控刹车机轮状态和道面情况进行自适应刹车控制。其缺点是：1)系统需要事先设置飞机滑跑质量，而预先设置的飞机滑跑质量与飞机实际刹车时的质量相差较大时，会引起飞机刹车效能降低；2)系统采用飞机地面滑跑速度计算刹车机轮滑移率，当飞机起落架前后摆动模态频率较低，刹车压力加载速率与其耦合时，容易引起飞机低速滑跑刹车振动；3)一些飞机防滑刹车系统采用刹车力矩反馈的控制方法，能够提高系统的稳定性、可靠性，但是其需要实时测量刹车力矩，而飞机刹车时刹车盘吸收大量能量，温度变化较大，影响刹车力矩测量的精度和可靠性；4)现有的防滑刹车系统为了提高刹车效率，试图通过动态调节刹车压力，将刹车机轮滑移比控制在机轮摩擦系数最大的区域附近，从而产生最大地面摩擦力，这样的机轮滑移比控制方法，在遇到复杂跑道时，容易产生系统工作不稳定，频繁释压，导致刹车效能降低。
4.影响飞机防滑刹车系统设计的几个难点有：
5.1)如何获得飞机起飞着陆时的滑跑质量；
6.2)如何获得飞机滑跑时的机轮垂直载荷；
7.3)如何获得飞机刹车时的机轮刹车力矩；
8.4)如何获得飞机刹车时的机轮地面摩擦力和摩擦力矩；
9.5)如何获得飞机刹车滑跑时的水平速度；
10.6)如何获得飞机刹车滑跑时的轮轴水平速度；
11.7)如何获得飞机刹车时的机轮滑移率；
12.8)如何设计实现高效稳定的飞机防滑刹车系统。


技术实现要素：

13.为解决上述问题，本技术根据飞机起落架模态频率、起落架垂直载荷，结合选择的道面类型或历史经验的地面摩擦系数和刹车盘结合系数，本技术提出一种基于飞机起落架垂直载荷的防滑刹车系统，根据飞机的实时状态计算和设置防滑刹车加载速率，从而保证
飞机刹车效能不降低。
14.一种基于飞机起落架垂直载荷的防滑刹车系统，机轮安装在起落架轮轴上，其特征在于，该系统含有机轮、机轮刹车控制单元、防滑刹车控制处理器、机轮旋转速度传感器、机轮水平加速度传感器和起落架缓冲器压力传感器，所述的机轮旋转速度传感器安装在机轮上，用于测量机轮旋转速度，将测量结果传递给防滑刹车控制处理器；所述的机轮水平加速度传感器安装于起落架轮轴上，用于测量机轮水平加速度，并将测量数据传递给防滑刹车控制处理器；所述的起落架缓冲器压力传感器安装于起落架缓冲器内，测量起落架缓冲器压力，并将测量数据传递给防滑刹车控制处理器；所述的防滑刹车控制处理器与飞机飞控系统交联，防滑刹车控制处理器内置有防滑刹车控制软件，防滑刹车控制软件根据机轮旋转速度、机轮水平加速度、起落架缓冲器压力和匹配的飞机刹车参数以及飞机的状态参数计算出飞机的防滑刹车加载速率，并根据防滑刹车加载速率向机轮刹车控制单元输出刹车控制信号，机轮刹车控制单元根据刹车控制信号向机轮提供刹车力矩，实施机轮刹车。
15.所述的防滑刹车控制软件，含有飞机滑跑状态参数计算监控模块、飞机防滑刹车实时控制模块和飞机刹车参数库，飞机滑跑状态参数计算监控模块接收飞机飞控系统发送的飞机襟翼位置信息和机场高度信息、机轮旋转速度传感器发送的机轮旋转速度、机轮水平加速度传感器发送的机轮水平加速度、起落架缓冲器压力传感器发送的起落架缓冲器压力数据、机轮刹车控制单元发送的刹车压力数据，并调用飞机刹车参数库中与飞机当前状态匹配的飞机气动力参数，综合计算出飞机滑跑状态参数，机轮状态参数和刹车盘结合系数；飞机防滑刹车实时控制模块能够按照飞行员选择的刹车控制模式，根据飞机滑跑状态参数，机轮状态参数和刹车盘结合系数计算出飞机的防滑刹车加载速率。
16.所述的飞机滑跑状态参数包含飞机的实时水平速度、加速度、飞机地面滑跑质量和起落架垂直载荷。
17.所述的机轮状态参数包含实时的机轮旋转速度、水平速度、机轮与地面摩擦力、机轮与地面滑移比和机轮与地面的摩擦系数。
18.使用时，需要在防滑刹车控制处理器内预置不同襟翼位置下的飞机气动升力系数和阻力系数，防滑刹车控制处理器在进行防滑刹车时能够根据襟翼位置计算相应的飞机气动升力和阻力；防滑刹车控制处理器能够预先设置不同飞机跑道道面摩擦系数，供飞行员选择道面类型模式下的初始刹车时使用；防滑刹车控制处理器能够预先设置和记录以往的系统初始刹车盘结合系数，供初始刹车时使用；防滑刹车控制处理器通过初始刹车计算当前道面摩擦系数和刹车盘结合系数，并根据飞行员选择的“最大减速率”或“给定减速率”刹车模式实施持续刹车和防滑刹车。
19.本技术的有益效果在于：1)本防滑刹车系统采用刹车机轮本地滑移率进行防滑刹车控制，其能够避免因起落架前后摆振导致刹车机轮频繁进入滑移区，防止防滑刹车系统与飞机起落架前后摆振模态耦合的剧烈振动现象发生；(2)本防滑刹车系统通过预测飞机滑跑质量，能够更好的进行飞机减速率控制；(3)本防滑刹车系统通过实时监控起落架垂直载荷、地面摩擦系数和刹车盘结合系数，基于起落架垂直载荷和刹车机轮本地滑移率的控制方法，能够有效地将刹车机轮控制在具有动态稳定性的附着区内，提高刹车系统效率。
附图说明
20.图1是飞机起落架垂直载荷的防滑刹车系统原理框图。
具体实施方式
21.本技术的基于飞机起落架垂直载荷的防滑刹车系统，机轮安装在起落架轮轴上，该系统含有机轮、机轮刹车控制单元、防滑刹车控制处理器、机轮旋转速度传感器、机轮水平加速度传感器和起落架缓冲器压力传感器，所述的机轮旋转速度传感器安装在机轮上，用于测量机轮旋转速度，将测量结果传递给防滑刹车控制处理器；所述的机轮水平加速度传感器安装于起落架轮轴上，用于测量机轮水平加速度，并将测量数据传递给防滑刹车控制处理器；所述的起落架缓冲器压力传感器安装于起落架缓冲器内，测量起落架缓冲器压力，并将测量数据传递给防滑刹车控制处理器；所述的防滑刹车控制处理器与飞机飞控系统交联，防滑刹车控制处理器内置有防滑刹车控制软件，防滑刹车控制软件根据机轮旋转速度、机轮水平加速度、起落架缓冲器压力和匹配的飞机刹车参数以及飞机的状态参数计算出飞机的防滑刹车加载速率，并根据防滑刹车加载速率向机轮刹车控制单元输出刹车控制信号，机轮刹车控制单元根据刹车控制信号向机轮提供刹车力矩，实施机轮刹车。
22.所述的防滑刹车控制软件，含有飞机滑跑状态参数计算监控模块、飞机防滑刹车实时控制模块和飞机刹车参数库，飞机滑跑状态参数计算监控模块接收飞机飞控系统发送的飞机襟翼位置信息和机场高度信息、机轮旋转速度传感器发送的机轮旋转速度、机轮水平加速度传感器发送的机轮水平加速度、起落架缓冲器压力传感器发送的起落架缓冲器压力数据、机轮刹车控制单元发送的刹车压力数据，并调用飞机刹车参数库中与飞机当前状态匹配的飞机气动力参数，综合计算出飞机滑跑状态参数，机轮状态参数和刹车盘结合系数；飞机防滑刹车实时控制模块能够按照飞行员选择的刹车控制模式，根据飞机滑跑状态参数，机轮状态参数和刹车盘结合系数计算出飞机的防滑刹车加载速率。
23.所述的飞机滑跑状态参数包含飞机的实时水平速度、加速度、飞机地面滑跑质量和起落架垂直载荷。
24.所述的机轮状态参数包含实时的机轮旋转速度、水平速度、机轮与地面摩擦力、机轮与地面滑移比和机轮与地面的摩擦系数。
25.基于飞机起落架垂直载荷的防滑刹车系统工作原理如下，工作原理图参见附图1：
26.1)防滑刹车控制处理器接收飞行员的刹车控制模式选择和道面类型选择；2)防滑刹车控制处理器从飞机飞控系统获得襟翼位置信息数据和机场高度数据，并根据相应的襟翼位置，从飞机刹车参数库调用与当前飞机状态匹配的飞机气动力系数数据，用于滑跑时飞机气动力计算；3)防滑刹车控制处理器从安装于起落架机轮上的机轮旋转速度传感器获得起落架机轮旋转速度；4)防滑刹车控制处理器从安装于机轮轮轴处的机轮水平加速度传感器获得刹车机轮水平加速度，计算刹车机轮轮轴水平速度、飞机水平速度和加速度；5)防滑刹车控制处理器从安装于起落架缓冲器内的起落架缓冲器压力传感器获得起落架缓冲器压力数据，计算起落架垂直载荷数据和轮胎压缩半径数据；6)防滑刹车控制处理器根据计算得到的机轮旋转速度和轮胎压缩半径数据，计算轮胎地面水平速度；7)防滑刹车控制处理器从机轮刹车控制单元中获得刹车压力数据；8)防滑刹车控制处理器根据飞机气动力系数、机场高度数据和飞机水平速度计算飞机气动力数据；9)防滑刹车控制处理器根据计
算得到的飞机气动力数据和起落架垂直载荷数据，计算飞机滑跑重量；10)防滑刹车控制处理器根据计算得到的飞机滑跑重量、飞机气动力数据和飞机水平加速度，计算地面摩擦力；11)防滑刹车控制处理器根据刹车压力数据和计算得到的起落架垂直载荷、轮胎压缩半径、机轮轮轴水平速度、轮胎地面水平速度及地面摩擦力数据，计算机轮状态参数和刹车结合系数；12)防滑刹车控制处理器根据飞行员选择的自动刹车控制模式和飞行员刹车脚蹬输入信号，结合计算得到的机轮状态参数和刹车结合系数，计算并向机轮刹车控制单元输出机轮刹车控制信号；13)机轮刹车控制单元根据防滑刹车控制处理器输出的机轮刹车控制信号实施机轮刹车，并向防滑刹车控制处理器反馈刹车压力数据。