【文章內(nèi)容簡介】 動而不滑動，這種狀態(tài)出現(xiàn)在飛機(jī)著陸至開始剎車階段或者松剎后機(jī)輪和飛機(jī)具有相同速度的情況下，這是機(jī)輪未受任何制動而完全自由的在地面上滾動。(2)純滑動狀態(tài)：飛機(jī)機(jī)輪在地面上滑動而不滾動，這種情況出現(xiàn)在機(jī)輪被剎死的情況下，即抱死，一旦出現(xiàn)這種情況，輪胎將急劇磨損，引起爆胎事故，這種狀態(tài)是我們要極力避免的。(3)又滾又滑狀態(tài)：即我們通常所說的剎車狀態(tài)，也就是我們所要著重研究的正常剎車過程。飛機(jī)剎車制動主要依靠剎車時輪胎和地面間產(chǎn)生的結(jié)合力，即反向摩擦力使飛機(jī)減速。結(jié)合力越大，飛機(jī)剎車減速就越快，剎停距離就越短，在飛機(jī)重量一定的情況下，影響結(jié)合力大小的因素是我們稱為結(jié)合系數(shù)的一個無量綱因子μ，該系數(shù)不是一個常量，它受諸多因素的影響，并且其間存在著極其復(fù)雜的非線性關(guān)系，這種關(guān)系的準(zhǔn)確描述需要依靠大量的試驗研究得到[23]。飛機(jī)剎車系統(tǒng)是飛機(jī)上具有相對獨立功能的子系統(tǒng)，其作用是承載飛機(jī)的靜態(tài)重量、動態(tài)沖擊載荷以及吸收飛機(jī)著陸時的動能，實現(xiàn)飛機(jī)的起飛、著陸、滑行、轉(zhuǎn)彎的制動和控制。飛機(jī)剎車系統(tǒng)的性能直接影響到飛機(jī)的安全升空、安全返航和快速反應(yīng)，進(jìn)而影響飛機(jī)的整體性能。目前航空領(lǐng)域的剎車系統(tǒng)主要有全電剎車系統(tǒng)和液壓剎車系統(tǒng)。20年前出現(xiàn)的電剎車系統(tǒng)是一種新的剎車模式，由于具有很多現(xiàn)有液壓剎車系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點，它將對未來多電飛機(jī)剎車系統(tǒng)的發(fā)展起到舉足輕重的作用。飛機(jī)的剎車系統(tǒng)一直使用液壓裝置，從機(jī)械防滑剎車系統(tǒng)、電子防滑剎車系統(tǒng)到數(shù)字防滑剎車系統(tǒng)，剎車效率不斷提高。但面對進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性、可靠性及可維護(hù)性的要求，對液壓剎車系統(tǒng)而言，目前有著難以逾越的障礙。電剎車系統(tǒng)的出現(xiàn)為解決這些問題開辟了一個新領(lǐng)域，它徹底改變了液壓剎車的操縱形式，實現(xiàn)了電子控制全電剎車的新模式。 飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)的介紹飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)主要由數(shù)字式防滑剎車控制盒、功率驅(qū)動電路、EMA剎車機(jī)架和受剎機(jī)輪組成。EMA剎車機(jī)架則由無刷直流電機(jī)、滾珠絲杠構(gòu)成。系統(tǒng)的基本工作原理與液壓剎車系統(tǒng)類似，但是有自身獨特的特點，大體運作流程為：飛機(jī)速度信號、機(jī)輪速度信號和剎車力矩信號經(jīng)速度傳感器和力矩傳感器反饋送入數(shù)字式防滑剎車控制盒，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號輸入到電機(jī)的功率驅(qū)動電路，由功率驅(qū)動電路控制電機(jī)運轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠輸出剎車壓力到剎車盤，產(chǎn)生相應(yīng)的剎車力矩。所以全電剎車系統(tǒng)形成了以機(jī)輪速度、飛機(jī)速度和剎車力矩為負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。全電剎車系統(tǒng)的系統(tǒng)組成框圖如圖4所示：圖4 全電剎車系統(tǒng)組成全電剎車系統(tǒng)與液壓剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的主要不同之處就是EMA剎車機(jī)架代替了原來的液壓活塞剎車機(jī)架，而液壓剎車系統(tǒng)中的其它剎車部件如炭盤、轉(zhuǎn)矩管、機(jī)輪等仍保持不變[8][20]。由于每副電機(jī)滾珠絲杠作動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完全一樣，所以只針對其中一副作動機(jī)構(gòu)畫了剖視圖，剖試圖如圖5所示。圖5 電作動器剖視圖可以看出，EMA 剎車機(jī)架是四電機(jī)四滾珠絲杠作動機(jī)構(gòu)布局，電機(jī)選用重量輕、體積小的稀土永磁無刷直流電機(jī)，每個電機(jī)通過兩級齒輪傳動裝置，獨立控制一個滾珠絲杠作動器。正常剎車時使用其中的兩套電機(jī)作動器作動裝置，就能完成飛機(jī)的安全剎停，另外兩套電機(jī)作動裝置作為應(yīng)急備用。齒輪旋轉(zhuǎn)運動到壓緊盤軸向壓力運動的變換由四個滾珠絲杠作動機(jī)構(gòu)完成——齒輪轉(zhuǎn)動帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動螺母的軸向直線運動，給壓緊盤施力，電機(jī)反轉(zhuǎn)時，螺母回退，由此松剎炭盤，剎停飛機(jī)[8]。 (1)機(jī)電作動裝置完全取代傳統(tǒng)的液壓作動器。 (2)先進(jìn)的全數(shù)字化防滑剎車控制器取代液壓剎車控制盒。 (3)全電系統(tǒng)能夠通過電機(jī)的電流大小間接地控制剎車壓力大小。 對作動器而言，采用電作動器由于采用了高性能電機(jī)和低慣性的減速器以及滾珠絲杠作執(zhí)行機(jī)構(gòu)使機(jī)電作動器的頻率響應(yīng)提高。采用的電機(jī)的體積小、重量輕和功率大等優(yōu)點使機(jī)電作動器的體積減小，整套剎車系統(tǒng)的重量減輕。 (1)機(jī)電作動器比充滿液壓油的液壓作動器重量大大減輕。 (2)作動器的動態(tài)響應(yīng)頻率有很大的提高，傳統(tǒng)的液壓剎車系統(tǒng)的響應(yīng)頻率最大為15Hz，而國外所研究的全電剎車系統(tǒng)響應(yīng)頻率可達(dá)30Hz，系統(tǒng)的響應(yīng)頻率大大提高。 (3)系統(tǒng)的冗余度和可靠性得到很大的提高，更易于維護(hù)，液壓系統(tǒng)一直存在著伺服閥抗污染性差，國內(nèi)制造質(zhì)量不高。 (4)由國外己經(jīng)應(yīng)用的全電剎車系統(tǒng)，全電剎車系統(tǒng)的剎車效率明顯提高。 (5)系統(tǒng)的模塊化和實時監(jiān)測功能使飛機(jī)更易于維修，全電剎車系統(tǒng)的剎車效率優(yōu)于液壓剎車系統(tǒng)的效率。 可以說，全電剎車系統(tǒng)是下一代剎車系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。相比于傳統(tǒng)液壓剎車系統(tǒng)，全電剎車系統(tǒng)存在著安全上、性能上、可靠性上、可維護(hù)性上、重量體積上的多重優(yōu)勢，全電剎車系統(tǒng)必將取代現(xiàn)有的液壓剎車系統(tǒng)而成為當(dāng)今剎車系統(tǒng)發(fā)展的方向。隨著電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，全電剎車系統(tǒng)的研究與應(yīng)用將越來越受到各國航空工業(yè)的重視。研制全電剎車系統(tǒng)使之取代現(xiàn)有的液壓剎車系統(tǒng)是歷史必然。當(dāng)然，這對飛機(jī)設(shè)計師而言是一個極大的挑戰(zhàn)。隨著電力電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電剎車系統(tǒng)的實現(xiàn)己經(jīng)成為可能。圖6 某型號飛機(jī)的全電剎車原理圖[31] 在近二十年中，許多國家對全電剎車進(jìn)行了研究，美國已經(jīng)將全電剎車應(yīng)用在F1“全球鷹”等型號上，在國內(nèi)對電剎車系統(tǒng)的研究才剛剛起步，與其它國家的差距較大。因此，加緊研究全電剎車系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，對實施我國多電飛機(jī)計劃以及提高國產(chǎn)飛機(jī)性能、與國際同行業(yè)先進(jìn)技術(shù)接軌、發(fā)展我國的國防事業(yè)具有深遠(yuǎn)的歷史意義。 美國于1982 年研制成功全電剎車系統(tǒng)，并在A10 攻擊機(jī)上進(jìn)行了試驗。1990年完成第三代電剎車系統(tǒng)，采用了大力矩釤鈷永磁無刷直流電動機(jī)和滑輪蝸桿作動器。1998年美國F16戰(zhàn)斗機(jī)試飛新的電剎車系統(tǒng)。該系統(tǒng)的電作動器采用四臺稀土永磁無刷直流電動機(jī)。由于采用無刷電機(jī)和低慣性元件，機(jī)電作動器的響應(yīng)頻率達(dá)20～30Hz，而液壓作動器的響應(yīng)頻率僅為10Hz。～45kg。 相比之下，我國對電剎車控制系統(tǒng)的研制與發(fā)達(dá)國家差距比較大。因此，研究全電剎車系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，對我國多電飛機(jī)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義，對提高飛機(jī)性能、與國際同行業(yè)先進(jìn)技術(shù)接軌、發(fā)展我國的國防事業(yè)都具有深遠(yuǎn)的歷史意義。第三章 飛機(jī)全電剎車系統(tǒng)中作動電機(jī)的選用 全電剎車系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件—機(jī)電作動機(jī)構(gòu)，要求能適應(yīng)飛機(jī)剎車的工作性能要求，惡劣環(huán)境的要求和具有高可靠性的要求。： 飛機(jī)的剎車系統(tǒng)要求電機(jī)具有以下幾個方面： (1)響應(yīng)速度快，慣性小，工作頻率要求能達(dá)到2030Hz； (2)能夠滿足最大剎車力矩要求，并具有大力矩的保持功能； (3)作動機(jī)構(gòu)在出現(xiàn)故障的狀態(tài)下及時松剎，不會造成剎車機(jī)輪的卡滯和應(yīng)急剎車的使用； (4)停機(jī)剎車或長時間剎車時，不能長時間消耗機(jī)載電源的能量。： 工作環(huán)境最高溫度2000攝氏度和最低溫度55℃，濕度大于90%時要求系統(tǒng)能保持良好的工作狀態(tài)。： (1)系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)可靠性可用平均無故障工作時間MTBF(Mean Time Between Failure)表示，根據(jù)GJB450—2004《裝備可靠性工作通用要求》，系統(tǒng)應(yīng)滿足MTBF大于500小時 (2)系統(tǒng)連接