張紅 張越

摘 要：飛機剎車系統(tǒng)是飛機上具有相對獨立功能的子系統(tǒng)，作用是承受飛機的靜態(tài)重量、動態(tài)沖擊載荷以及吸收飛機著陸時的動能、實現(xiàn)飛機的起飛、著陸、滑行、轉(zhuǎn)彎的制動和控制。飛行器剎車裝置主要有液壓剎車裝置和全電剎車裝置。目前液壓剎車裝置在國內(nèi)外應(yīng)用最多，下一代飛機的高性能剎車系統(tǒng)是電剎車系統(tǒng)，利用剎車裝置中的電機作動器，提供動力去實現(xiàn)剎車。

關(guān)鍵詞：飛機剎車系統(tǒng);液壓剎車系統(tǒng);全電剎車系統(tǒng);剎車系統(tǒng)工作原理

1 飛機剎車系統(tǒng)概述

飛機剎車系統(tǒng)用來控制機輪剎車裝置的工作，結(jié)構(gòu)通常采用盤式結(jié)構(gòu)，剎車裝置部分由動盤、靜盤、壓緊盤、承壓盤、剎車殼體、氣缸座、扭力筒等組成，機輪部分有輪轂、輪緣、半卡環(huán)，導軌、連接耳片等零件組成。飛機的剎車系統(tǒng)有液壓剎車系統(tǒng)和全電剎車系統(tǒng)，在液壓剎車系統(tǒng)中，飛機著陸時，機輪帶動剎車殼體、動盤繞輪軸旋轉(zhuǎn)，需要剎車時液壓系統(tǒng)提供動力推動活塞組件的活塞水平運動，將靜盤與動盤壓緊，靜盤與動盤接觸摩擦，產(chǎn)生剎車力矩從而使飛行器剎停。在全電剎車系統(tǒng)中，需要剎車時旋轉(zhuǎn)的機電作動器帶動滾珠絲杠向前運動，將靜盤與動盤壓緊，靜盤與動盤接觸摩擦，產(chǎn)生剎車力矩從而使飛行器剎停。目前國內(nèi)外液壓剎車系統(tǒng)在各類飛機型號中應(yīng)用最廣，但下一代的飛機剎車系統(tǒng)是全電剎車系統(tǒng)。

1.1液壓剎車系統(tǒng)

液壓剎車系統(tǒng)在現(xiàn)有各類飛機類型中是應(yīng)用最多的，由機輪剎車裝置、機輪速度傳感器、防滑控制盒、防滑伺服閥在內(nèi)的液壓作動器等部件組成。機輪轉(zhuǎn)速經(jīng)速度傳感器轉(zhuǎn)換為電信號輸送給控制盒，控制盒根據(jù)速度的大小輸出相應(yīng)的防滑電流到防滑伺服閥，控制伺服閥輸出剎車壓力到達剎車裝置后，通過液壓活塞作用于壓力盤調(diào)節(jié)剎車裝置剎車裝置之間的壓緊力，從而改變剎車力矩，力矩于輪胎和跑道之間的結(jié)合力矩共同控制機輪的轉(zhuǎn)速，形成一個以機輪速度為負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)復雜，重量體積大，液壓油易泄露，容易引發(fā)火災(zāi)，經(jīng)常出現(xiàn)故障后難以找到原因和維修費用高。

1.2全電剎車系統(tǒng)

下一代飛機的高性能剎車系統(tǒng)是電剎車系統(tǒng)，由電作動剎車機架、力矩傳感器及其托架、機輪速度傳感器、EMA控制器和剎車防滑控制器、電源及備用電池、起落架開關(guān)和防滑控制開關(guān)、起落架觸地開關(guān)等部件組成。基本原理和液壓剎車系統(tǒng)相似，其特點為：機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送入剎車控制盒，再由機電作動器產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號控制電作動機構(gòu)，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)形成了以機輪速度和剎車力矩雙層負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，反應(yīng)迅速，剎車過程平穩(wěn)，剎車效率高，耐熱性好，在無人機上應(yīng)用前景廣闊。同時提高剎車系統(tǒng)故障診斷能力、防滑性能，安全性和冗余度，減少剎車系統(tǒng)的維護費用和時間。

雖然整個機電作動機構(gòu)的體積和重量比液壓剎車系統(tǒng)減少了許多，但機電作動機構(gòu)的體積比液壓活塞作動機構(gòu)要大，在滿足功能、強度和剛度的要求上需要充分的利用空間。由于全電剎車機電作動所占的空間比較大，因此很可能要對整個剎車裝置（包括起落架和剎車殼體及機構(gòu)速度傳感器）的結(jié)構(gòu)重新進行設(shè)計，一般來講，中、大型飛機的機輪直徑比較大，容納剎車裝置的空間也比較大，機電作動機構(gòu)的設(shè)計要容易一些。而小型飛機對剎車系統(tǒng)體積和重量有苛刻的要求，機電作動機構(gòu)的設(shè)計更具挑戰(zhàn)性。在使用時電機具有響應(yīng)慢、有慣性、位移大的特點。

2 飛機剎車系統(tǒng)的剎車原理

飛機剎車系統(tǒng)用來實現(xiàn)剎車減速或停放，控制地面轉(zhuǎn)彎等功能，是飛機必不可少的子系統(tǒng)。機載人員的安全、飛機的可靠性和穩(wěn)定性都和剎車系統(tǒng)性能好壞有關(guān)。飛機剎車過程中，剎車壓力根據(jù)跑道條件的變化進行調(diào)節(jié)，剎車裝置將飛機的動能轉(zhuǎn)化為熱能。液壓剎車系統(tǒng)中，剎車著陸時，機輪帶動剎車裝置繞輪軸旋轉(zhuǎn)，由液壓或氣壓系統(tǒng)提供動力推動活塞水平運動，直至壓上壓緊盤，后活塞繼續(xù)運動，將交替靜盤、動盤壓緊，使動靜盤接觸摩擦，產(chǎn)生剎車力矩剎停飛行器;全電剎車系統(tǒng)中，區(qū)別于液壓剎車系統(tǒng)的是剎車時機電作動器中的電機旋轉(zhuǎn)帶動滾珠絲杠向前運動，直至壓緊壓緊盤，其他與液壓剎車過程基本是一致的。

2.1液壓剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

液壓剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括防滑控制系統(tǒng)、電液伺服閥、機輪剎車調(diào)節(jié)系統(tǒng)、機輪速度傳感器等部分。該剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常主要采用多碳盤的盤式結(jié)構(gòu)，包括一個機架。剎車裝置部分主要由多個動盤和靜盤、壓緊盤、承壓盤、剎車殼體、氣缸座、扭力筒、背部板等組成，機輪部分主要由輪轂、輪緣、半卡環(huán)，導軌、連接耳片等零件組成。全部靜盤與扭力筒采用軸向鍵槽配合且與剎車殼體內(nèi)側(cè)不接觸;剎車殼體側(cè)面開槽，動盤與該開槽以凸鍵配合，動盤與扭力管不接觸，與殼體一起轉(zhuǎn)動;機架組合起多個液壓活塞機構(gòu)。液體流動時，液壓活塞受壓力，輪流迫使壓緊盤壓緊動靜盤，產(chǎn)生摩擦力剎停飛機。

液壓剎車系統(tǒng)出現(xiàn)的較早，在各類飛機中應(yīng)用也最廣。包含機輪剎車裝置、機輪速度傳感器、防滑剎車控制盒、電液伺服閥、活塞作動機構(gòu)、機輪組件、等部件。機輪剎車裝置為盤式結(jié)構(gòu)，動靜盤采用碳-碳耐高溫剎車材料。每個機輪都裝有速度傳感器，需要剎車時機輪速度傳感器采集和監(jiān)控機輪速度信號，輸出與機輪速度大小成正比的頻率信號傳遞給防滑控制系統(tǒng)。電液伺服閥控制每個機輪剎車裝置中的剎車壓力。

液壓剎車系統(tǒng)經(jīng)過多年的不斷發(fā)展，目前技術(shù)應(yīng)用上比較成熟，但是一直以來都存在著以下幾點不足：首先其結(jié)構(gòu)復雜，重量體積大，系統(tǒng)工作時液壓油泄露問題頻發(fā)，易引發(fā)火災(zāi)，其次系統(tǒng)燃料消耗占所需燃料比例大，以及因結(jié)構(gòu)復雜經(jīng)常出現(xiàn)故障后難以找到原因，后期維修費用高、液壓油可壓縮性導致控制系統(tǒng)控制精度降低等問題。這些不足也是全電剎車系統(tǒng)迅速發(fā)展的重要原因。

2.2全電剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

電子技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著多電飛機開年的出現(xiàn)，利用高性能電子設(shè)備控制電機作動壓緊剎車盤產(chǎn)生摩擦實現(xiàn)飛機滑跑剎車的全電剎車系統(tǒng)成為下一代飛機的發(fā)展趨勢，它使用電子傳輸代替了原有液壓剎車系統(tǒng)的液壓輸油管路。整個系統(tǒng)主要包括剎車組件、控制單元和機輪組件三個部分。與液壓剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的：機電作動機構(gòu)取代液壓活塞作動機構(gòu)，完全解決了一致以來液壓剎車系統(tǒng)都存在的液壓油泄露、燃燒的問題，提高飛機安全性的同時也減輕了其重量，因其先進性成為剎車系統(tǒng)一個全新的技術(shù)領(lǐng)域，該高性能剎車系統(tǒng)將來肯定會應(yīng)用在越來越多的飛機上。

全電剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包含機電作動機構(gòu)、機輪速度傳感器、無刷直流電機、力矩傳感器、溫度傳感器、滾珠絲杠、減速齒輪組、防滑剎車控制盒等部件。機電作動機構(gòu)布局包含四臺無刷直流電機（剎車時兩個工作，兩個是余度設(shè)計）。無刷直流電機接收電流信號后可驅(qū)動滾珠絲杠正反旋轉(zhuǎn)，帶動螺母前后直線運動，從而對剎車盤循環(huán)壓緊產(chǎn)生摩擦力剎停飛機。單個機輪用旋轉(zhuǎn)速度、電信號雙閉環(huán)調(diào)速方法。

與液壓剎車系統(tǒng)相比，飛機全電剎車系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)不同之處是：機輪速度和剎車力矩雙層負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得整體剎車效果更好，動態(tài)性能更穩(wěn)定，也是全電剎車系統(tǒng)內(nèi)的優(yōu)勢特點之一。

除了上文敘述的系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)勢外，在實際使用中也有很多優(yōu)點：取消液壓管路和設(shè)備使得飛機重量大大減輕，同時成本降低，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單;使用電子系統(tǒng)解決了無液壓油泄露問題和潛在的火災(zāi)風險;兩套備用的無刷直流電機增加大大增加了剎車系統(tǒng)的冗余度，使得系統(tǒng)可靠性提高。

參考文獻：

[1]《飛機低壓全電剎車驅(qū)動控制器設(shè)計與研究》 ?西北工業(yè)大學 ?林輝，謝世杰，李兵強

[2]《飛機全電剎車系統(tǒng)機電作動器的研究與設(shè)計》 ?西北工業(yè)大學 ?陜西華興航空機輪剎車系統(tǒng)公司 ?常順宏 田廣來等

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