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航空機輪制動仿真系統

日期:2017/7/16

航空機輪制動仿真系統

系統概述

        航空制動系統是飛機的重要組成部分,具有很強的時變性和非線性特征。主要作用是實現飛行器著陸滑跑或RTO(Reject Take Off

中止起飛)情況下安全、可靠、平穩、高效地制動,并保證飛機一定的方向操縱性。一般包括正常制動系統(包括自動剎車)、備份剎車

系統和應急/停留剎車系統等。常見的制動系統一般是由輪速傳感器、剎車指令傳感器、(自動剎車選擇器)、防滑剎車控制單元、電液伺

服閥、液壓保險、梭形閥SHV、壓力傳感器、機輪和剎車裝置等組成。

系統功能

        仿真系統是由防滑制動控制單元根據飛行員剎車指令信號通過剎車踏板傳感器或自動剎車選擇器獲得的要求輸出相應的剎車壓力;

同時監測機輪速度信號,計算飛機參考速度,并根據機輪速度信號的變化,來判斷機輪打滑狀態,計算出防滑信號,來調節剎車壓力的輸

出,以解除機輪抱死現象,使其恢復正常滾轉狀態。從而實現飛機安全平穩高效的制動。飛機剎車制動主要依靠剎車時輪胎和地面所提供

摩擦力(也稱結合力),將飛機動能轉換為剎車裝置(剎車盤)的熱能而消耗掉,同時也防止輪胎過度磨損或“爆胎”發生,從而實現飛

機安全制動。這種摩擦力又隨輪胎載荷、滑移率和跑道狀態呈非線性關系變化。

        我們設計開發的防滑制動半實物仿真試驗平臺既能實現制動系統的全數字式仿真,又能實現半物理仿真。 并全面模擬飛機各種著

陸狀態(多輪、單論、對稱、非對稱、變載荷、側風、干、濕、積水、雪等)下的飛機制動情況,

并具備以下試驗功能:

     1) 單個產品的輸入輸出關系仿真驗證;

     2) 單個產品的結構原理及設計參數仿真驗證;

     3) 剎車控制單元的控制律設計仿真驗證;

     4) 液壓及全電剎車系統的功能及性能仿真驗證(包括全數字及半物理仿真試驗);

     5) 系統及附件產品的故障/安全模擬仿真驗證

     6) 數據記錄、存儲、處理系統及實時場景顯示;

     7) 能夠進行飛機兩(或六)自由度的狀態仿真;

     8) 能夠模擬駕駛員操作

        仿真試驗臺系統可用于模擬飛機防滑剎車系統的實際工作狀況,實現對飛機運動及動力過程、跑道狀況、起落架力學特性以及剎

車裝置的壓力/力矩特性等因素的軟件實時仿真。以剎車有關附件為實物,其余部分可以是硬件也可以是軟件,進行大系統的綜合仿真試

驗。飛機制動系統半物理仿真試驗實現飛機在各類環境下起飛和著陸的模擬仿真,為產品的設計、改進以及參數的優化設計提供理論和

試驗依據。制動系統的半物理仿真試驗臺由系統物理實物部分、測控部分、仿真控制部分及座艙模擬部分等組成。

系統主要組成部分

        創建各子系統的仿真模型:

物理實物部分:

        該部分包括:剎車控制單元、液壓/全電模擬系統、視景部分等;液壓模擬部分主要是模擬使用傳統液壓為操作動力的飛機制動系

統等相關部分;全電模擬系統為新型飛機而設計的,主要包括全電作動機構、反饋傳感器、剎車裝置等。

測控部分:

        整個試驗進行的關鍵環節,負責系統各個輸入輸出接口的采集、處理、運算,現實、模型的建立、解算、控制、修正等。

仿真控制部分:

        主要由仿真計算機和控制軟件構成。負責飛機制動系統的建模與配置,軟件的實時仿真與調試。并可以脫離實物部分,進行系統的

數字仿真。

模擬操作部分:

        由制動操作、監控顯示、剎車控制等部分組成。制動操作部分是模擬飛行員進行剎車實際操作的子系統,將飛行員的腳蹬剎車轉為

相應液壓減壓式控制壓力信號,或相應比例的電控信號。監控顯示部分是監控系統的各部分狀態,并形象展現在觀眾面前。剎車控制部分主

要模擬座艙內相關的剎車控制及液壓系統遠程控制等。

系統特性與優勢

        目前國內外的相關研究機構和單位在航空制動仿真系統中利用基于實時操作系統的多處理器并行計算機對航空制動系統的穩態和

動態特性進行仿真計算的應用已很廣泛。針對某一種已經存在或還在研制的制動系統,可以編制一套包括各子系統穩態和動態過程在內的

計算機程序,當給定一組輸入參數后,通過程序計算可以得到制動系統及附件的動態參數和性能參數,與實物制動系統在試驗廠房里進行

樣機操作十分接近,還可以大大降低極限條件和特殊變量下全實物試驗的風險并保護投資。

本試驗系統在以下研發及優化設計中可提高團隊工作效率:

        1、研究輪胎的結構特性、跑道條件、制動裝置動態特性、緩沖器的結構特性等對防滑剎車系統控制律的影響和相互關系,檢驗新

的剎車控制算法。

        2、研究如何避免剎車與起落架抖動的相互影響:根據起落架支柱的剛度、機輪轉速、滾動半徑、振動周期和防滑剎車系統設定的

打滑量與剎車力矩之間的定量關系,從整體上避免制動器動盤與靜盤間的摩擦誘發主起落架的“走步”與剎車“嘯叫”現象發生。

        3、如何提高各種工況下飛機防滑剎車效率和結構、運動功能等機構可靠性問題,實現剎車系統參數的優化設計。

        4、研究試驗不同剎車材料對剎車過程的影響,要求從高速到低速過程中,力矩變化較小且過度平滑。

        5、對元件級、組件級、系統級剎車故障通過結合計算機半物理仿真模擬的方式進行定量與定性的評估分析。

        根據實際需求情況設計實施的航空制動半實物仿真系統以高性能實時仿真計算機為核心, 配備其他仿真和實物設備, 可以提供飛機

剎車系統的設計、開發、測試及半物理仿真試驗,以及制動系統本體的硬件在回路(HIL: Hardware In the Loop)仿真測試、傳感器信號

仿真以及起落架、剎車、機輪/跑道等數字建模環境的功能,應用半物理仿真方式,仿真條件更接近于實際情況,更能正確地對設計出的控制

器性能進行檢驗和調試,有利于開發新型控制率和算法,減少現場調試。通過實際仿真試驗證明,半物理仿真可以縮短研制周期、降低研制

成木、提高研制效率,滿足飛機制動及附件單元仿真控制系統參數優化、模型驗證和運行試驗結果預測的仿真需要。

 

 

所屬類別: 電子系統仿真

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