飞行器自主后推的制作方法_3

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。然而对CG包迹线的限 制是对飞行器的可操作性的灵活性的限制。
[0074] 2.停泊制动器的使用
[0075] 另一解决方案是使用改进的停泊制动器来使飞行器停止。具体地,可以通过用于 限制液压系统中的流量的一个或更多个限流器来限制制动施加的上升速率。已经进行了模 拟,以评估在可接受的乘客舒适程度内针对每个速度的可以使飞行器停止的可接受的上升 速率(假定纵向减速度低于0.2G)。研究表明,制动上升时间将随着后推速度增加而迅速增 加。
[0076] 为了实现这个解决方案,如果要将制动上升时间保持在可接受的限制内,则仍然 需要将最大后推速度限制为低速。由于停泊制动上升时间通常适用于所有的飞行器操作, 因此认为以下操作是不可行的:将制动上升时间增加到其性能,例如通过引擎或混合动力 (组合机轮滑行与引擎滑行)操作来滑行的性能受限的程度。因此,需要施加可以类似于上 述解决方案1的低后推限速。的确,解决方案1可以是优选的。
[0077] 图6示出了停泊制动解决方案的实现,该解决方案依赖于当后推速度大于或等于 后推限速时的驾驶舱指示104。响应于驾驶舱指示,飞行员需要激活驾驶舱中的停泊制动杆 112,停泊制动杆112控制具有制动上升限制器114的停泊制动器116,以确保处于限速时减 速度在可接受的乘客舒适程度内(假定纵向减速度低于〇. 2G)。
[0078] 3.通过有限数目的制动器制动
[0079] 另外的解决方案涉及通过有限数目的制动器来命令制动。为了达到相同的飞行器 水平阻滞力,需要通过较高的制动压强来命令减少数量的制动器。
[0080] 对于替选制动,制动命令被发送到一对机轮(例如在飞行器的两侧上的主起落架 机轮),因此制动轮的最小数目为二。在这种情况下,所命令的夹紧制动压强可以提高到大 约为基线情况的两倍,在基线情况下主起落架6的全部四个机轮都被制动。
[0081] 对于正常制动,单个制动命令可以被发送到主起落架机轮中的一个机轮。在这种 情况下,所命令的夹紧制动压强可以进一步提高到大约为基线情况的四倍,在基线情况下 主起落架6的全部四个机轮都被制动。
[0082]仅靠这种解决方案可能无法提供完全制动压强而没有倾翻风险,但是可以通过与 在此处呈现的一个或更多个其他解决方案结合的方式来使用该解决方案。
[0083] 4.单个或可变的最大制动压强限制
[0084]在该解决方案中,总制动压强限制被设定为确保制动夹紧压强决不高至导致飞行 器倾翻。优选地,针对CG-质量图表中的每个操作点来定制这样的压强限制,以根据飞行器 载荷状况来优化适用于系统的最大压强。通过准确测量每个起落架支柱上的垂直载荷(簧 载质量),例如使用主支撑柱上的应变仪进行测量,并且通过每个起落架的非簧载质量的先 验知识,可以确定飞行器的GC X位置和质量。通过将这些值绘制在CG-质量图表上,可以确 定最大制动夹紧压强。
[0085] 5.斜坡制动法则
[0086] 分析在限制情况下飞行器对机头上升的动态响应,我们观察到,在紧接制动施加 后存在机头上升"峰值",在"峰值"处前起落架减震器延伸并且俯仰角达到最大。接着由于 机头的重量,飞行器趋于使机头回落。
[0087] 这种解决方案的目的是通过实现制动法则而在制动期间防止机头上升并且获得 优化的性能,该制动法则初始地命令确保无机头上升的最大压强,并且在机头上升"峰值" 之后逐渐增加制动命令,直到最大系统压强。
[0088] 压强的增加最初非常平缓,随后在安全地克服了机头上升峰值时压强的增加很迅 速。这样的行为可以通过指数函数建模,例如:
[0090] 图7用图形示出了系统制动压强如何随时间变化,其中P2为最终压强(最大系统压 强),P1为初始压强(确保无机头上升的最大初始压强),T为从施加制动到施加完全制动的 总时间。参数τ调节斜坡法则的行为。τ为高值使斜坡法则的第一部分更平坦而第二部分更 陡,反之,τ为低值使斜坡法则的第一部分更陡而第二部分更平坦。
[0091] 这种解决方案可以是优选的,因为这种解决方案保障稳定性而不损害性能(在所 有情况下,在T秒内施加完全制动),但是必须考虑到由常规制动系统的低准确性引入的限 制。
[0092] 6.对机轮致动器电动机的制动
[0093] 使用常规的制动系统为飞行器提供阻滞力的主要限制包括以下二者:可以施加至 飞行器而没有倾翻风险的制动压强的下限,以及在非常低的压强下常规制动系统的低准确 度。
[0094] 可以缓解这两个限制的解决方案包括结合BCS使用自主机轮驱动滑行系统。机轮 驱动滑行系统的扭矩在运动方向上的量是需要向制动系统命令以提供一些阻滞 (retardation)的附加扭矩,并且BSCS的不准确性可以通过对机轮驱动滑行系统扭矩的微 调来平衡,以确保全局阻滞扭矩足够准确。
[0095] 该解决方案对于后推失控问题特别有利,所需的制动扭矩的量非常低,并且也非 常依赖于某些参数(斜率、质量、制动增益...)。
[0096] 图8示出了在后推期间用于调节机轮驱动滑行系统扭矩的闭环速度控制器200的 一个示例。当从飞行员发送二进制后推命令时,自主机轮驱动滑行系统(或"eTaxi")的电动 机204以后推速度202为目标,并且在不存在停机坪坡度的情况下,由飞行器实现并保持速 度206,并且无需施加制动。
[0097] 如上所述,在存在下坡(在运动方向上)的情况下,飞行器趋于加速,并且在其超越 目标速度加上限定公差时,向BCS 212命令阈值速度208、制动的设定量210。
[0098] 附加制动扭矩214将充当试图使飞行器减慢的"附加"阻力,因此eTaxi速度控制器 200将减少保持速度所需要的扭矩的量,所以eTaxi和制动的整体贡献将是由eTaxi控制器 准确控制的阻滞力。
[0099] 当斜率降低并且下降到低于后推失控限制时,eTaxi系统使扭矩控制器饱和以匹 配所提供的制动量。当发生这种情况时,eTaxi控制器200将命令制动释放,因为制动释放将 会检测到斜坡的端部。
[0100] 7.通过eTaxi系统进行制动
[0101 ]该解决方案使用在eTaxi电动机(用作发电机)300中产生的电力的耗散来提供使 飞行器停止所必需的扭矩。这种解决方案需要使电力重回飞行器电网302(如图9所示)的能 力或者使用电阻器304通过焦耳效应来耗散能量的能力(如图10所示)。
[0102]考虑最大飞行器质量M和后推速度V,则待耗散的最大动能K为(在电动机/发电机 效率为100%的理想情况下):
[0104]通过电阻器耗散的热量和可达到的最大制动温度Tmax使电阻器的最小要求质量 的大小处于飞行器水平。假设施加三个连续的完全制动,并且初始制动温度为T1,则电阻质 量Mres为:
[0106]其中,Cs为针对电阻器选择的材料的比热系数,并且Δ T = Tmax-T 1。假设在电/机 链中没有损耗,要通过电阻器耗散的用于每个制动施加的机械功率为:
[0108]该机械功率是在用于制动的时间间隔At上的动能,并等于通过焦耳效应所耗散 的电功率,其表达为电动机中包括的反电动势ε的函数:
[0110]假设形成为能够散热的简单导线的电阻器(因此不考虑绝缘性,并且是电阻器的 情况下),可以通过第二欧姆定律将电阻R表达为电阻器的质量和几何形状的函数:
[0112]其中,P为材料的电阻率,1为电阻器中导线的长度,A为导线横截面的面积,V为导 线的总体积,以及S为材料的密度。因此,我们得出:
[0116]其中,Cm为常数,其取决于所选择的材料。
[0117] ε为系统必须能够容许的反电动势的量。为了减少该量,必须增加时间间隔(制动 的持续时间),并且必须选择提供低Cm的材料。这意味着选择具有低电阻率(良导体)、高密 度和高比热系数的材料。合适的候选材料包括钢、铜和铝,其中优选地为铜或钢。
[0118] 电阻器的重量和空间影响还需要考虑与增加质量和体积的电阻丝周围的绝缘材 料一致的量。优选的是,划分功率的量以在更多个电阻器之间耗散,例如每个起落架至少一 个,以在可用空间内优化该耗散。
[0119] 为了耗散在电动机中产生的功率,机轮驱动系统10需要能够被向后驱动。在图3中 示出的机轮驱动系统10特别适合,因为在机轮驱动系统运行时链轮60与滚子齿轮34正啮 合。包括在机轮与电动机之间的驱动路径中的超越离合器的其他机轮驱动系统将不适合, 因为这些机轮驱动系统仅允许驱动扭矩从电动机传递到机轮,而不允许驱动扭矩从机轮传 递到电动机。
[0120] 在图3中示出的无离合器的机轮驱动系统
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