飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)建模與故障診斷分析

蔣鵬

摘要：：在航空領(lǐng)域當(dāng)中，飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)十分重要。作為一種重要的飛機(jī)機(jī)載設(shè)備，液壓防滑剎車系統(tǒng)在飛機(jī)的起飛、著陸等過程中，具有十分重要的意義，對(duì)于飛機(jī)的安全有著直接的影響。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來越高，而其在運(yùn)行當(dāng)中也難免會(huì)出現(xiàn)各種故障。對(duì)此，本文對(duì)飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)建模與故障診斷進(jìn)行了分析，以期能夠確保飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)良好的運(yùn)行狀態(tài)，確保飛機(jī)運(yùn)行的安全。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；液壓防滑剎車系統(tǒng)；建模；故障診斷

在飛機(jī)當(dāng)中，液壓防滑剎車系統(tǒng)是一個(gè)十分重要的機(jī)載設(shè)備。飛機(jī)在著陸的時(shí)候，大約只會(huì)持續(xù)20秒左右的時(shí)間，所以，對(duì)于液壓防滑剎車系統(tǒng)的反應(yīng)速度要求很高。因此，為了確保飛機(jī)起飛與著陸的安全，在裝機(jī)試飛之前，應(yīng)當(dāng)利用相應(yīng)的地面設(shè)備，對(duì)液壓防滑剎車系統(tǒng)進(jìn)行建模，并通過試驗(yàn)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。以此為基礎(chǔ)，對(duì)飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷分析，從而保證飛機(jī)良好的防滑剎車性能。

一、飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

在飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)當(dāng)中，主要包括了防滑控制系統(tǒng)、機(jī)輪剎車調(diào)節(jié)系統(tǒng)等部分。其中，防滑控制系統(tǒng)主要包含了電液伺服、防滑控制、機(jī)輪速度傳感器等部分，機(jī)輪剎車調(diào)節(jié)系統(tǒng)則主要包括了定量器、輪胎、機(jī)輪、剎車裝置、剎車閥等部分。在飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)的工作當(dāng)中，在飛機(jī)著陸的時(shí)候，飛行員腳踩剎車到底，液壓防滑剎車系統(tǒng)會(huì)相對(duì)最大剎車壓力進(jìn)行產(chǎn)生，利用伺服閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過連接管路，將剎車壓力傳遞給剎車裝置。剎車裝置的剎車力矩作用在機(jī)輪上，使其發(fā)生減速，并在地面、輪胎之間，產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，因而通過摩擦力帶給飛機(jī)制動(dòng)力[1]。這一結(jié)合力與幾輪滾動(dòng)半徑形成結(jié)合力矩，在其與剎車力矩的共同作用下，就決定了機(jī)輪的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。如果剎車力矩比結(jié)合力矩小，則機(jī)輪加速；如果剎車力矩比結(jié)合力矩大，則機(jī)輪減速；如果二者相等，則機(jī)輪轉(zhuǎn)速恒定。在剎車力較輕的時(shí)候，產(chǎn)生的制動(dòng)力較為有限，不斷增加剎車壓力，剎車效率逐漸提升。但是，在剎車效率達(dá)到100%之后，如果繼續(xù)增加剎車壓力，將很可能在成機(jī)輪抱死的情況。對(duì)于這一情況，需要利用控制盒進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保飛機(jī)良好的剎車制動(dòng)狀態(tài)。

二、飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)建模分析

在飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)的運(yùn)行當(dāng)中，為了對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)加以了解，并對(duì)其中可能存在或即將發(fā)生的故障進(jìn)行診斷，應(yīng)當(dāng)對(duì)具體的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行建立，利用精確的模型化語言，對(duì)物理系統(tǒng)進(jìn)行描述。通過對(duì)模型的建立，能夠?qū)x車閥、伺服器等部件的故障狀態(tài)、正常狀態(tài)等進(jìn)行體現(xiàn)，從而為后續(xù)的故障診斷工作提供依據(jù)和基礎(chǔ)[2]。在電液伺服閥當(dāng)中，負(fù)載力矩、擋板力矩共同對(duì)力矩馬達(dá)電磁力矩進(jìn)行平衡。其中，擋板力矩Md=Kaθ2，其中，Md、Ka、θ2分別代表了擋板力矩、擋板剛度、擋板轉(zhuǎn)角。在力矩馬達(dá)負(fù)載的時(shí)候，銜鐵平衡方程為Md=Ma+Ml。其中，Km、Kl分別代表力矩馬達(dá)的電磁彈簧剛度和中位電磁力系數(shù)。在剎車閥當(dāng)中，由于沒有噴嘴和力矩馬達(dá)，因而其數(shù)學(xué)模型為，閥芯平衡方程mvl=F+BT-Klx，其中，mvl、F、BT、Kl分別代表閥芯及流動(dòng)液體質(zhì)量、彈簧預(yù)緊力、瞬態(tài)液動(dòng)力阻尼系數(shù)、穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力剛度及彈簧彈性系數(shù)等效值。剎車裝置在幾輪輪轂當(dāng)中，將液壓剎車壓力輸入剎車裝置、對(duì)剎車力矩進(jìn)行輸出。在卸出剎車壓力的過程中，要完全脫開靜盤和動(dòng)盤，不能有剎車力矩殘留。所以，應(yīng)當(dāng)將活塞回力彈簧安裝在剎車裝置氣缸座當(dāng)中，在沒有剎車壓力的情況下，回力彈簧對(duì)靜盤進(jìn)行推動(dòng)，從而完全分離靜盤和動(dòng)盤。

三、飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)故障診斷

基于飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)模型的建立，能夠?qū)︼w機(jī)剎車過程中的過程進(jìn)行進(jìn)行體現(xiàn)。利用這一模型，能夠?qū)︼w機(jī)實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，機(jī)輪輪胎、剎車閥、伺服閥等發(fā)生的故障進(jìn)行體現(xiàn)，并通過模型對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化。通過對(duì)系統(tǒng)部分單元故障模型、狀態(tài)觀測(cè)期的建立，能夠利用計(jì)算機(jī)對(duì)飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)中機(jī)輪輪胎、剎車閥、伺服閥的典型故障進(jìn)行仿真，從而更加有效的進(jìn)行故障診斷。作為飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)當(dāng)中重要的執(zhí)行和控制部件，剎車閥和伺服閥具有十分重要的作用[3]。在基于模型的故障診斷當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)狀態(tài)殘差和輸出殘差進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)殘差向量特征進(jìn)行分析，從而對(duì)故障位置加以明確。

在實(shí)際工作當(dāng)中，除了對(duì)狀態(tài)向量可測(cè)性進(jìn)行考慮以外，還應(yīng)當(dāng)重視狀態(tài)信號(hào)表征信號(hào)的有效性，以及傳感器的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)故障診斷結(jié)構(gòu)得知，將狀態(tài)殘差反饋引入到剎車閥和伺服閥當(dāng)中，將機(jī)輪角速度殘差引入到機(jī)輪輪胎當(dāng)中。另外，在應(yīng)用基于模型的故障診斷時(shí)，還需要對(duì)診斷對(duì)象觀測(cè)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過對(duì)系統(tǒng)模型的處理和簡(jiǎn)化，建模動(dòng)力機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)[4]。同時(shí)，將殘差反饋引入其中，以便降低故障因素造成的輸出殘差。在理論和實(shí)際計(jì)算機(jī)仿真研究當(dāng)中，將適當(dāng)強(qiáng)度的反饋進(jìn)行引入，能夠?qū)Ψ枪收闲畔⑦M(jìn)行一致，只需對(duì)反饋深度進(jìn)行有效控制，即可準(zhǔn)確的進(jìn)行故障診斷。

四、結(jié)論

航空運(yùn)輸是當(dāng)前一個(gè)十分重要的交通運(yùn)輸領(lǐng)域，在航空交通當(dāng)中，飛機(jī)是最為重要的交通工具，因此飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，將會(huì)對(duì)航空運(yùn)輸產(chǎn)生直接的影響。剎車系統(tǒng)是飛機(jī)當(dāng)中的重要系統(tǒng)，對(duì)于飛機(jī)的起降有著很大的影響。因此，針對(duì)飛機(jī)液壓防滑剎車系統(tǒng)進(jìn)行建模，并以此為基礎(chǔ)對(duì)飛機(jī)容易發(fā)生的故障進(jìn)行診斷，從而更好的確保飛機(jī)的性能與安全。

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