民用飛機前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎指令設(shè)計考慮

摘 要：現(xiàn)代飛機的轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)大多采用電傳操控-液壓作動的方式，為飛機在地面提供轉(zhuǎn)彎能力，而提供轉(zhuǎn)向能力的器件一般為轉(zhuǎn)彎腳蹬和轉(zhuǎn)彎手輪。通過對典型民機前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)中轉(zhuǎn)彎腳蹬指令和轉(zhuǎn)彎手輪指令相互關(guān)系的設(shè)計分析，可以為民機前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：前輪轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng) 電傳操縱 轉(zhuǎn)彎指令 轉(zhuǎn)彎腳蹬 轉(zhuǎn)彎手輪

中圖分類號：V22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（c）-0062-02

某型飛機在側(cè)風(fēng)低速滑行時，飛行員使用轉(zhuǎn)彎腳蹬控制方向，在使用轉(zhuǎn)彎手輪進(jìn)行接管時，出現(xiàn)機輪回中，轉(zhuǎn)彎不平滑的現(xiàn)象。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，引起機輪回中，轉(zhuǎn)彎不平滑的原因為該型飛機轉(zhuǎn)彎手輪超控腳蹬指令，轉(zhuǎn)彎手輪指令與轉(zhuǎn)彎腳蹬指令不疊加，造成手輪接管時，轉(zhuǎn)彎控制組件接收手輪的指令而使機輪回中的現(xiàn)象。由于電傳操縱系統(tǒng)在穩(wěn)定性、操縱性以及響應(yīng)性的優(yōu)勢，大多數(shù)民航飛機的轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)都采用電傳操縱系統(tǒng)。該文針對電傳控制的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎腳蹬指令和轉(zhuǎn)彎手輪指令相互關(guān)系進(jìn)行了分析，希望能為國內(nèi)民機前輪轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)設(shè)計上提供技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)原理分析

目前民機前輪轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)采用數(shù)字式電傳轉(zhuǎn)彎技術(shù)，由轉(zhuǎn)彎手輪、轉(zhuǎn)彎控制組件SCU、轉(zhuǎn)彎控制閥、轉(zhuǎn)彎位移傳感器、齒輪齒條機構(gòu)和轉(zhuǎn)彎解除開關(guān)等組成，具有電控轉(zhuǎn)彎、減擺及轉(zhuǎn)彎解除等功能[1]。某型飛機前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)腳蹬指令與手輪指令關(guān)系，如圖1所示。

某型飛機轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)需求定義中，SCU控制通道處理的指令由手輪指令或腳蹬指令生成。手輪轉(zhuǎn)彎優(yōu)先于腳蹬轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎手輪可超控腳蹬。手輪指令與腳蹬指令不疊加。僅轉(zhuǎn)彎腳蹬指令輸出時，轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)執(zhí)行腳蹬指令輸出，僅轉(zhuǎn)彎手輪指令輸出時，轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)執(zhí)行轉(zhuǎn)彎手輪指令輸出，當(dāng)轉(zhuǎn)彎腳蹬指令+轉(zhuǎn)彎手輪指令輸出時，手輪指令優(yōu)先于腳蹬指令，轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)執(zhí)行手輪指令輸出。

1.1 手輪轉(zhuǎn)彎

當(dāng)機輪速度小于20 kt時，前輪最大轉(zhuǎn)彎角度為±66°，當(dāng)機輪速度大于40 kt時，前輪最大轉(zhuǎn)彎角度為±8°，最大轉(zhuǎn)彎角度與機輪速度關(guān)系如圖2所示。

當(dāng)機輪小于20 kt，前輪偏轉(zhuǎn)角度是手輪偏轉(zhuǎn)角度的函數(shù)而不是線性關(guān)系，如圖3所示。

1.2 腳蹬轉(zhuǎn)彎

飛機共有兩套腳蹬，分別安裝在左飛行員座椅和右飛行員座椅前方。在高速滑行階段，腳蹬轉(zhuǎn)彎可進(jìn)行小角度糾偏，并且腳蹬轉(zhuǎn)彎最大角度不受機輪速度限制。前輪的偏轉(zhuǎn)角度與方向舵腳蹬行程成線性關(guān)系，轉(zhuǎn)彎腳蹬為±8.4°時，對應(yīng)前輪的最大偏轉(zhuǎn)角度為±8°。

2 計算分析

按照第2章節(jié)的介紹，下文將考慮最嚴(yán)酷的情況，即轉(zhuǎn)彎腳蹬滿偏后，轉(zhuǎn)彎手輪接管時的飛機瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，以說明是否滿足設(shè)計指標(biāo)要求。

2.1 分析假設(shè)

為簡化系統(tǒng)模型，以下分析基于如下假設(shè)：（1）雙發(fā)正常工作；（2）飛機勻速；（3）未使用差動剎車；（4）不考慮飛機航向偏轉(zhuǎn)角；（5）故障狀態(tài)為瞬時。

2.2 分析參數(shù)

（1）前機輪至主機輪長度L=14.9 m；（2）主輪間距B=4.6 m；（3）飛行員反映時間T=1 s。

經(jīng)過建模分析，考慮最嚴(yán)酷的情況結(jié)果如表1所示。

由計算可知，飛機速度越大，橫向偏轉(zhuǎn)距離越大，感覺越明顯。建議飛行員高速滑行時使用腳蹬來控制方向，飛機輪速低于20節(jié)并且需要大角度轉(zhuǎn)彎時使用手輪來控制方向。下面列舉不同速度下的飛機軌跡差異的簡化模型。

2.3 空速40節(jié)（腳蹬8°），飛機航跡差異

由圖4可知，在1 s后，飛機在轉(zhuǎn)彎腳蹬滿偏，轉(zhuǎn)彎手輪介入后，飛機偏離預(yù)定軌跡2.861 m。

2.4 空速20節(jié)（腳蹬8°），飛機航跡差異

由圖5可知，在1 s后，飛機在轉(zhuǎn)彎腳蹬滿偏，轉(zhuǎn)彎手輪介入后，飛機偏離預(yù)定軌跡1.431 m。

3 運營風(fēng)險評估

飛行員在使用轉(zhuǎn)彎腳蹬，手輪介入時，機輪出現(xiàn)回中，如果發(fā)現(xiàn)飛機橫向偏移量較大，可通過差動剎車來控制飛機航向，增加飛行員的工作負(fù)擔(dān)。

4 現(xiàn)役主流機型相關(guān)設(shè)計情況

4.1 A320飛機

A320轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)手輪指令與腳蹬指令相互疊加，轉(zhuǎn)彎手輪上安裝有踏板解除開關(guān)。

4.2 B737飛機

B737前輪系統(tǒng)中手輪與腳蹬由各自的鋼索進(jìn)行控制，手輪優(yōu)先，手輪指令與腳蹬指令不疊加。但是，當(dāng)使用腳蹬轉(zhuǎn)彎并同時操作手輪時，手輪鋼索直接作用扇形輪，并將腳蹬機構(gòu)脫開，連接過程平滑無突變[2]。

4.3 ERJ190-100飛機

ERJ190-100前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)手輪超控腳蹬，手輪指令與腳蹬指令不疊加，手輪優(yōu)先。

4.4 總結(jié)

上述機型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)手輪指令與腳蹬指令之間的關(guān)系見表2。

由上述可知，為防止手輪接管腳蹬時出現(xiàn)機輪回中現(xiàn)象，A320飛機采用手輪指令和腳蹬指令代數(shù)疊加的方式來避免，B737-800飛機通過特有的鋼索形式來解決角度突變問題。

5 結(jié)語

通過該文分析，目前現(xiàn)役飛機前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的設(shè)計傾向于轉(zhuǎn)彎手輪指令與轉(zhuǎn)彎腳蹬代數(shù)疊加的指令輸出方式，這樣的設(shè)計可以避免前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)在腳蹬轉(zhuǎn)彎與手輪轉(zhuǎn)彎之間切換時帶來的角度突變問題，銜接平滑，并且轉(zhuǎn)彎指令疊加的設(shè)計考慮了人機工效問題，對于飛行操縱方面有著較好的優(yōu)勢，比較容易被大多數(shù)飛行員所接受，將會成為后續(xù)設(shè)計機型關(guān)于轉(zhuǎn)彎指令設(shè)計的首選方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏語冰，鐘科林，姜逸民.民用飛機轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)研究[J].科技資訊，2010（32）：2-3.

[2] 鞠紅超.波音737-300型飛機與A320系列飛機前輪轉(zhuǎn)彎控制原理的比較分析[J].航空維修與工程，2011（2）：63-65.