液压伺服控制技术在飞机机轮刹车系统中的应用
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刹车系统中的发展应用 。 关键词 液压伺服控制 防滑刹车系统
为了缩短着陆滑跑距离 , 除了降低飞机的着陆
速度外 , 一般都采用机轮刹车 。 老机种轻型飞机大
多采用气压刹车 , 但是随着刹车装置的发展 , 要求快
速响应和实现准确的伺服控制 , 以提高飞机起飞着
陆的安全可靠性 , 气压刹车已不能满足要求 。 所以 ,
的脱胎打滑加剧机轮的磨损 , 导致机轮刹死或刹爆 。
所以机轮刹车系统要控制刹车压力始终接近于将要
进入打滑的临界状态所需的刹车压力 。
临界刹车压力在滑跑过程中随跑道情况和滑跑
速度变化而变化 。 跑道情况不同 , 机轮与地面的结
合系数不同 , 摩擦阻力不同 ;滑跑速度减小 , 结合系
数增大 , 临界刹车压力增大 。 而结合系数与机轮对
2 王占林等 .飞机液压系统的主要发展趋势 , 液压气动与 密 封 , 2000, 1(14)
3 王先超 .伺服阀在飞机防滑刹车系统中的应用 .海军航 空 工程学院学报 , 1999, 增刊(93)
(作者 :王秀霞 , 海军航空工程学院机械工程系 264001) (收稿日期 :2000— 08— 12)
图 4 电液压力伺服阀
(下转第 35 页)
2001年 6 月 叶 骞等 :基于 WWW 方式的气动系统 CAD 3 5
图 4 气动仿真系统工作原理
④ Java 服务器获得 元件型号后 , 将信息传 回 applet , 实现选型功能
⑤ 用户完成回路后 , 通知 Java 服务器回 路完 成 , 并将回路拓扑关系及元件信息通过 Internet 传 给 Java 服务器 。
国外已研究极值控制 , 极值控制的基准是随跑道情
况变化而变化 , 它是紧跟最佳滑移率 , 时刻保持最佳 控制 。从传动方面将普遍采用电传 , 逐步实现数字 电传 , 并有余度配置 , 确保刹车可靠 , 以提高飞机的 使用安全性 。
参考文献
1 杨 国 桢 .飞 机 流 体 传 动 与 控 制 .空 军 工 程 学 院 , 1997, (2 10)
第
3 期(总第 87 2001 年6月
期)
液
压 气 动 与 密 Hy d.P neum .& Seals
封
N
o
.3(Serial N o June , 2001
.8 7)
液压伺服控制技术在飞机机轮刹车系统中的应用
王秀霞 丁学工
摘 要 本文在分析飞机机轮刹车系统刹车效率的影响因素的基础上 , 介绍了液压伺 服控制技 术在飞机机 轮
图 2 所示为某型飞机机轮的电液刹车系统原 理 , 由机轮 速度传感器 、控制盒和电液 伺服阀等组 成 。控制盒包括速度信号微分线路 , 滑动信号放大 装置 , 偏压调节线路等 。由传感器测定机轮转速 , 输 出与转速相对应的直流电压 , 输入速度线路后经过 微分作用 , 输出一个与机轮负角加速度成比例的控 制信号 。 这一信号与调定的固定速率参考值(亦称 门限值 , 一般调整到飞机滑跑减速时允许的最大负 加速度值)进行比较 。 当它大于调定值时 , 其误差就 是机轮的滑动信号 , 通过放大器后变为电流信号输
图 2 电液防滑刹车装置原理图
3 2 液 压 气 动 与 密 封 2001 年第 3 期
入伺服阀 , 而伺服阀根据输入电流信号的强弱程度 , 相应地减小刹车压力 , 使机轮恢复滚转 。 偏压调节线路能在较长时间内使刹车压力非常 接近但又不超过临界刹车压力 , 而只在短时间内刹 车压力大于临界刹车压力而使 机轮出现打滑 的情 况 , 既提高了刹车效率又减少机轮磨损 。但是 , 偏压 调节线路还受到实际使用条件的限制 , 当飞机在高 速或颠簸等情况下滑跑减速时 , 机轮的结合力矩变 化迅速 , 且变化幅度较大 , 积分控制不能及时响应 , 且可能产生过大的滑动信号和偏压调节信号 , 使刹 车压力降低过多 , 以致影响刹车效率 。 3 滑动误差式电液刹车防滑装置
=Tmax·r =r μcN , r 为机轮滚动半径 , N 为机轮对
地面的正压力 , μc 为机轮与地面的结合系数 。 要有效地刹车减速以缩短滑跑距离 , 应增大刹
车力矩从而增大摩擦阻力 。但当摩擦阻力增大到临
界摩擦力时 , 刹车力矩的进一步增加会破坏机轮良
好的滚动状态 , 出现打滑 , 摩擦阻力反而减小 。机轮
(上接第 32 页) 响的主要因素是温度和油液污染 。 温度的变化 , 影 响伺服阀内弹性支撑的弹性系数 , 而使伺服阀的工 作点产生漂移 。 油液污染会引 起放大器喷嘴 口堵 塞 、滑阀摩擦力增大等故障 , 使电液伺服阀的动态性
能变差 、工作失灵 。 所以使用维护中要严格保持油 液清洁 , 注意油温变化 。 5 机轮刹车控制系统的发展
地面的滑移率有关 。 滑移率定义为 :
σ
=
υ0 υ0
ωs
其中 :ωs 为刹车机轮的角速度 , υ0 为飞机滑跑速度 。 飞机在着陆滑跑中 , 总有一定的滑移率存在 , 当
滑移率超过某一值时 , 机轮出现的脱胎打滑现象才
影响摩擦阻力和机轮磨损 。结合系数与滑移率的变
化关系如图 1 所示 。
当滑移率保持在某一值时 , 结合系数最大 , 即为
Abstract :T his P aper int roduces the design plan , composition and the working principle of a pneumatic sy stem CAD based on WWW . Keywords :WWW pneumatic system CAD
它由速度传感器感受机轮转速 , 经速度电路后 输出与转速成比例的电压信号 。速度信号电压一路 去比较器 , 一路去基准速度电路 。基准速度电路存 储并处理速度信号电压 , 输出机轮速度的渐变分量 以模拟飞机速度 , 该信号也输入比较器 。 速度比较 器输出与机轮和模拟的飞机速度之间的差值信号成 比例的误差信号 , 分别输到三个速度差信号处理放 大装置 ———瞬时控制 , 超前控制和偏压控制 。 偏压 控制对速度误差进行积分 , 以产生足够大的控制信 号去松刹车 , 在机轮恢复滚转时 , 偏压控制信号以低 速度下降 , 使刹车压力在接近于临界刹车压力下缓 慢增长 。瞬时控制为一速度差信号放大装置 , 以弥 补偏压控制的迟后 , 提高快速性 。超前控制对速度 差进行微分和放大 , 主要在结合力矩突然下降 , 例如 遇到结冰积水地段等情况下 , 产生很大的电压输出
电液伺服阀的应用提高了刹车系统对刹车压力 的控制能力和对各种不同跑道表面状态的自适应能 力 , 使刹车系统具有较高的刹车效率 , 并可以很方便 地使防滑刹车系统在参数匹配上进行调整 , 使其更 优化 。
由于电液伺服阀是通过电磁力的转换来精确控 制输出压力的精密元件 , 如果工作环境控制不当 , 直 接影响其工作准确性 、可靠性和使用寿命 。对其影
目前各新型飞机的机轮刹车系统大多采用液压压力
伺服控制技术以提高刹车效率 。
1 飞机机轮刹车的刹车效率
在机轮没有发生脱胎时 , 刹车效率定义为 :
η= MsM-c Jsε×100 %
其中 :Ms 为刹车力矩 , Js 为机轮的转动惯量 , ε为机
轮的负角加速度 , M c 为机轮与地面的结合力矩 , Mc
从目前国内外飞机机轮刹车控制系统的应用情
况看 , 采用参考减速度控制 , 要求参考速度模拟飞机 滑跑速度要准确 , 效率 才能高 ;采用相对滑移 率控 制 , 由于跑道情况不同 , 最佳滑移率的值也不一样 , 用其中一个滑移率为基准 , 有时就不是最佳 。
随着自动控制 、计算机应用技术的发展和机电 液一体化技术的成熟 , 上述控制系 统将不断完善 。
信号 , 使刹车压力迅速下降 , 进一步提高快速响应能 力 。瞬时控制 、超前控制和偏压控制信号经过综合 , 驱动电液伺服阀 , 响应调节刹车压力 。
这种刹车防滑系统由于采用微分 、瞬时控制 , 能 在出现滑动之初迅速驱动伺服阀松刹车 , 使总的滑 动信号较小 , 刹车压力也不会下降过多 , 而在刹车压 力增长时 , 偏压控制起主要作用 , 使刹车压力较长时 间接近临界刹车压力 。 因此这种刹车防滑系统能较 好地适应复杂的起飞着陆和跑道情况 , 保持很高的 刹车效率 。 4 电液伺服阀
(作者 :叶 骞 , 男 , 在读 博士 , 现就 读于 哈 尔滨 工业 大 学 SM C 气 动技术中心 , 哈尔滨工业大学 459 信箱 , 150001)
(收稿日期 :2001— 01— 21)
A Pneumatic System CAD Based on WWW
Ye Qian Wang Zuwen Li Jun
⑥Java 服务器将得到的信息存为一个 临时文 件 , 并以此临时文件名作为参数调用仿真程序 。
⑦ 仿真结束后 , 利用绘图程序将数据文件转换 成图形 , 调用 ASP , 通过 WWW 服务器的解释 , 将仿
真结果以动态网页的形式传给浏览器 , 整个工作循 环结束 。
参考文献
[ 1] 横手 九美子 , WW W を用 じ空气 压 シ ステム のシ ミ ユレÅシヨソツÅルの作成 , 广岛市立大学
上述机轮电液刹车防滑装置感受机轮的减速率 (负角加速度), 但是减速率只是在经过时间积累后 才与滑动相关 , 所以感受的信号不理想 。 按滑移率 的定义 , 应感受机轮和飞机的速度差 , 相应于最佳滑 移率的速度差 , 称为最佳速度差 。 如图 3 所示为滑 动误差式电液刹车防滑装置原理 :
图 3 滑动误差 式刹车防滑装置原理图
电液压力伺服阀目前还是应用比较一般的伺服 阀 , 如图 4 所示 。 它由力矩马达 、喷嘴挡板阀和滑阀 组成 , 由刹车控制阀来的油压作用于滑阀一端 , 出口 的刹车压力反馈到滑阀另一端 , 输入为电流 , 被控制 量为刹车压力 。输入电流增大时 , 衔铁偏转 , 挡板阀 控制滑阀左移 , 刹车系统回油并降低刹车压力直至 滑阀重新关闭回油路 。 输入电流减小时 , 滑阀右移 , 刹车压力升高 , 直至滑阀重新关闭去刹车油路 。 电 液压力伺服阀使刹车压力随输入控制电流的变化而 变化 。
最佳速度差的临界状态 。
图 1 结 合系数随滑Fra Baidu bibliotek率的变化情况
要获得较高的刹车效率 , 刹车系统应控制刹车 压力非常接近又不超过临界刹车压力 , 并对不同的 跑道表面状况具有极强的自适应能力 。 2 电液防滑刹车系统
机液刹车系统一般采用机械式惯性传感器感受 机轮负角加速度和开关式液电阀控制刹车液压管路 的进油和回油 , 灵敏度低 , 迟滞时间长 , 不能消除机 轮打滑 , 松 刹时刹车压力下降 过多 , 所 以刹车效率 低 , 机轮磨损比较严重 。因此 , 电液伺服控制在刹车 系统中的应用越来越表现出重要性 。
为了缩短着陆滑跑距离 , 除了降低飞机的着陆
速度外 , 一般都采用机轮刹车 。 老机种轻型飞机大
多采用气压刹车 , 但是随着刹车装置的发展 , 要求快
速响应和实现准确的伺服控制 , 以提高飞机起飞着
陆的安全可靠性 , 气压刹车已不能满足要求 。 所以 ,
的脱胎打滑加剧机轮的磨损 , 导致机轮刹死或刹爆 。
所以机轮刹车系统要控制刹车压力始终接近于将要
进入打滑的临界状态所需的刹车压力 。
临界刹车压力在滑跑过程中随跑道情况和滑跑
速度变化而变化 。 跑道情况不同 , 机轮与地面的结
合系数不同 , 摩擦阻力不同 ;滑跑速度减小 , 结合系
数增大 , 临界刹车压力增大 。 而结合系数与机轮对
2 王占林等 .飞机液压系统的主要发展趋势 , 液压气动与 密 封 , 2000, 1(14)
3 王先超 .伺服阀在飞机防滑刹车系统中的应用 .海军航 空 工程学院学报 , 1999, 增刊(93)
(作者 :王秀霞 , 海军航空工程学院机械工程系 264001) (收稿日期 :2000— 08— 12)
图 4 电液压力伺服阀
(下转第 35 页)
2001年 6 月 叶 骞等 :基于 WWW 方式的气动系统 CAD 3 5
图 4 气动仿真系统工作原理
④ Java 服务器获得 元件型号后 , 将信息传 回 applet , 实现选型功能
⑤ 用户完成回路后 , 通知 Java 服务器回 路完 成 , 并将回路拓扑关系及元件信息通过 Internet 传 给 Java 服务器 。
国外已研究极值控制 , 极值控制的基准是随跑道情
况变化而变化 , 它是紧跟最佳滑移率 , 时刻保持最佳 控制 。从传动方面将普遍采用电传 , 逐步实现数字 电传 , 并有余度配置 , 确保刹车可靠 , 以提高飞机的 使用安全性 。
参考文献
1 杨 国 桢 .飞 机 流 体 传 动 与 控 制 .空 军 工 程 学 院 , 1997, (2 10)
第
3 期(总第 87 2001 年6月
期)
液
压 气 动 与 密 Hy d.P neum .& Seals
封
N
o
.3(Serial N o June , 2001
.8 7)
液压伺服控制技术在飞机机轮刹车系统中的应用
王秀霞 丁学工
摘 要 本文在分析飞机机轮刹车系统刹车效率的影响因素的基础上 , 介绍了液压伺 服控制技 术在飞机机 轮
图 2 所示为某型飞机机轮的电液刹车系统原 理 , 由机轮 速度传感器 、控制盒和电液 伺服阀等组 成 。控制盒包括速度信号微分线路 , 滑动信号放大 装置 , 偏压调节线路等 。由传感器测定机轮转速 , 输 出与转速相对应的直流电压 , 输入速度线路后经过 微分作用 , 输出一个与机轮负角加速度成比例的控 制信号 。 这一信号与调定的固定速率参考值(亦称 门限值 , 一般调整到飞机滑跑减速时允许的最大负 加速度值)进行比较 。 当它大于调定值时 , 其误差就 是机轮的滑动信号 , 通过放大器后变为电流信号输
图 2 电液防滑刹车装置原理图
3 2 液 压 气 动 与 密 封 2001 年第 3 期
入伺服阀 , 而伺服阀根据输入电流信号的强弱程度 , 相应地减小刹车压力 , 使机轮恢复滚转 。 偏压调节线路能在较长时间内使刹车压力非常 接近但又不超过临界刹车压力 , 而只在短时间内刹 车压力大于临界刹车压力而使 机轮出现打滑 的情 况 , 既提高了刹车效率又减少机轮磨损 。但是 , 偏压 调节线路还受到实际使用条件的限制 , 当飞机在高 速或颠簸等情况下滑跑减速时 , 机轮的结合力矩变 化迅速 , 且变化幅度较大 , 积分控制不能及时响应 , 且可能产生过大的滑动信号和偏压调节信号 , 使刹 车压力降低过多 , 以致影响刹车效率 。 3 滑动误差式电液刹车防滑装置
=Tmax·r =r μcN , r 为机轮滚动半径 , N 为机轮对
地面的正压力 , μc 为机轮与地面的结合系数 。 要有效地刹车减速以缩短滑跑距离 , 应增大刹
车力矩从而增大摩擦阻力 。但当摩擦阻力增大到临
界摩擦力时 , 刹车力矩的进一步增加会破坏机轮良
好的滚动状态 , 出现打滑 , 摩擦阻力反而减小 。机轮
(上接第 32 页) 响的主要因素是温度和油液污染 。 温度的变化 , 影 响伺服阀内弹性支撑的弹性系数 , 而使伺服阀的工 作点产生漂移 。 油液污染会引 起放大器喷嘴 口堵 塞 、滑阀摩擦力增大等故障 , 使电液伺服阀的动态性
能变差 、工作失灵 。 所以使用维护中要严格保持油 液清洁 , 注意油温变化 。 5 机轮刹车控制系统的发展
地面的滑移率有关 。 滑移率定义为 :
σ
=
υ0 υ0
ωs
其中 :ωs 为刹车机轮的角速度 , υ0 为飞机滑跑速度 。 飞机在着陆滑跑中 , 总有一定的滑移率存在 , 当
滑移率超过某一值时 , 机轮出现的脱胎打滑现象才
影响摩擦阻力和机轮磨损 。结合系数与滑移率的变
化关系如图 1 所示 。
当滑移率保持在某一值时 , 结合系数最大 , 即为
Abstract :T his P aper int roduces the design plan , composition and the working principle of a pneumatic sy stem CAD based on WWW . Keywords :WWW pneumatic system CAD
它由速度传感器感受机轮转速 , 经速度电路后 输出与转速成比例的电压信号 。速度信号电压一路 去比较器 , 一路去基准速度电路 。基准速度电路存 储并处理速度信号电压 , 输出机轮速度的渐变分量 以模拟飞机速度 , 该信号也输入比较器 。 速度比较 器输出与机轮和模拟的飞机速度之间的差值信号成 比例的误差信号 , 分别输到三个速度差信号处理放 大装置 ———瞬时控制 , 超前控制和偏压控制 。 偏压 控制对速度误差进行积分 , 以产生足够大的控制信 号去松刹车 , 在机轮恢复滚转时 , 偏压控制信号以低 速度下降 , 使刹车压力在接近于临界刹车压力下缓 慢增长 。瞬时控制为一速度差信号放大装置 , 以弥 补偏压控制的迟后 , 提高快速性 。超前控制对速度 差进行微分和放大 , 主要在结合力矩突然下降 , 例如 遇到结冰积水地段等情况下 , 产生很大的电压输出
电液伺服阀的应用提高了刹车系统对刹车压力 的控制能力和对各种不同跑道表面状态的自适应能 力 , 使刹车系统具有较高的刹车效率 , 并可以很方便 地使防滑刹车系统在参数匹配上进行调整 , 使其更 优化 。
由于电液伺服阀是通过电磁力的转换来精确控 制输出压力的精密元件 , 如果工作环境控制不当 , 直 接影响其工作准确性 、可靠性和使用寿命 。对其影
目前各新型飞机的机轮刹车系统大多采用液压压力
伺服控制技术以提高刹车效率 。
1 飞机机轮刹车的刹车效率
在机轮没有发生脱胎时 , 刹车效率定义为 :
η= MsM-c Jsε×100 %
其中 :Ms 为刹车力矩 , Js 为机轮的转动惯量 , ε为机
轮的负角加速度 , M c 为机轮与地面的结合力矩 , Mc
从目前国内外飞机机轮刹车控制系统的应用情
况看 , 采用参考减速度控制 , 要求参考速度模拟飞机 滑跑速度要准确 , 效率 才能高 ;采用相对滑移 率控 制 , 由于跑道情况不同 , 最佳滑移率的值也不一样 , 用其中一个滑移率为基准 , 有时就不是最佳 。
随着自动控制 、计算机应用技术的发展和机电 液一体化技术的成熟 , 上述控制系 统将不断完善 。
信号 , 使刹车压力迅速下降 , 进一步提高快速响应能 力 。瞬时控制 、超前控制和偏压控制信号经过综合 , 驱动电液伺服阀 , 响应调节刹车压力 。
这种刹车防滑系统由于采用微分 、瞬时控制 , 能 在出现滑动之初迅速驱动伺服阀松刹车 , 使总的滑 动信号较小 , 刹车压力也不会下降过多 , 而在刹车压 力增长时 , 偏压控制起主要作用 , 使刹车压力较长时 间接近临界刹车压力 。 因此这种刹车防滑系统能较 好地适应复杂的起飞着陆和跑道情况 , 保持很高的 刹车效率 。 4 电液伺服阀
(作者 :叶 骞 , 男 , 在读 博士 , 现就 读于 哈 尔滨 工业 大 学 SM C 气 动技术中心 , 哈尔滨工业大学 459 信箱 , 150001)
(收稿日期 :2001— 01— 21)
A Pneumatic System CAD Based on WWW
Ye Qian Wang Zuwen Li Jun
⑥Java 服务器将得到的信息存为一个 临时文 件 , 并以此临时文件名作为参数调用仿真程序 。
⑦ 仿真结束后 , 利用绘图程序将数据文件转换 成图形 , 调用 ASP , 通过 WWW 服务器的解释 , 将仿
真结果以动态网页的形式传给浏览器 , 整个工作循 环结束 。
参考文献
[ 1] 横手 九美子 , WW W を用 じ空气 压 シ ステム のシ ミ ユレÅシヨソツÅルの作成 , 广岛市立大学
上述机轮电液刹车防滑装置感受机轮的减速率 (负角加速度), 但是减速率只是在经过时间积累后 才与滑动相关 , 所以感受的信号不理想 。 按滑移率 的定义 , 应感受机轮和飞机的速度差 , 相应于最佳滑 移率的速度差 , 称为最佳速度差 。 如图 3 所示为滑 动误差式电液刹车防滑装置原理 :
图 3 滑动误差 式刹车防滑装置原理图
电液压力伺服阀目前还是应用比较一般的伺服 阀 , 如图 4 所示 。 它由力矩马达 、喷嘴挡板阀和滑阀 组成 , 由刹车控制阀来的油压作用于滑阀一端 , 出口 的刹车压力反馈到滑阀另一端 , 输入为电流 , 被控制 量为刹车压力 。输入电流增大时 , 衔铁偏转 , 挡板阀 控制滑阀左移 , 刹车系统回油并降低刹车压力直至 滑阀重新关闭回油路 。 输入电流减小时 , 滑阀右移 , 刹车压力升高 , 直至滑阀重新关闭去刹车油路 。 电 液压力伺服阀使刹车压力随输入控制电流的变化而 变化 。
最佳速度差的临界状态 。
图 1 结 合系数随滑Fra Baidu bibliotek率的变化情况
要获得较高的刹车效率 , 刹车系统应控制刹车 压力非常接近又不超过临界刹车压力 , 并对不同的 跑道表面状况具有极强的自适应能力 。 2 电液防滑刹车系统
机液刹车系统一般采用机械式惯性传感器感受 机轮负角加速度和开关式液电阀控制刹车液压管路 的进油和回油 , 灵敏度低 , 迟滞时间长 , 不能消除机 轮打滑 , 松 刹时刹车压力下降 过多 , 所 以刹车效率 低 , 机轮磨损比较严重 。因此 , 电液伺服控制在刹车 系统中的应用越来越表现出重要性 。