淺析飛機(jī)起落架磁流變減擺器的設(shè)計(jì)流程

摘要：前輪擺振問題的存在，會(huì)影響到飛機(jī)的正常運(yùn)行，需要積極采用磁流變減擺器加以應(yīng)對(duì)和處理。想要充分發(fā)揮飛機(jī)起落架磁流變減擺器設(shè)計(jì)水平，需要科學(xué)合理把握好設(shè)計(jì)流程。本文主要從磁流變減擺器常用控制方法分析入手，重點(diǎn)介紹了飛機(jī)起落架擺振控制模型建設(shè)情況，還提出了硬件和軟件兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)過程，為更好提升飛機(jī)起落架的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平提供一定借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：飛機(jī);起落架;磁流變減擺器;設(shè)計(jì)流程

0? 引言

飛機(jī)實(shí)際運(yùn)行中起飛、著陸滑跑會(huì)容易受到外力干擾的影響，前輪有偏離機(jī)輪中立位置、扭轉(zhuǎn)方向和側(cè)向產(chǎn)生相互耦合的劇烈振動(dòng)，被稱為前輪擺振。這一現(xiàn)象的存在無法確保飛機(jī)的穩(wěn)定性和安全性，將油液減擺器安裝在起落架上可以有效抑制擺振問題。但需要注意到的是，無法結(jié)合外負(fù)載變化調(diào)整好油液減擺器的輸出阻尼力，是被動(dòng)控制類型，在控制效果方面還有較大提升空間。積極使用磁流變減擺器輸出阻尼力，則能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整，是半主動(dòng)控制類型，擁有良好的控制效果。

1? 磁流變減擺器常用控制方法

起落架擺振屬于自激振動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一定的破壞性影響。在起落架機(jī)輪擺振控制，是通過加上一定外力，為合理調(diào)整好起落架的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，采用增加部分裝置、結(jié)構(gòu)或者子結(jié)構(gòu)的方式，良好控制好結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)情況。實(shí)際控制飛機(jī)起落架擺振情況時(shí)，主要?jiǎng)澐譃槠鹇浼軘[振主動(dòng)控制、被動(dòng)控制、混合控制以及半主動(dòng)控制四個(gè)方面。被動(dòng)控制不需要外界能源保障作用力。油液式減擺器屬于耗能元件，在機(jī)輪的擺動(dòng)過程中，減擺器容易變形，存在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性速度，促進(jìn)擺振的能量得以耗散，進(jìn)而飛機(jī)起落架產(chǎn)生的動(dòng)力反應(yīng)有所減輕。采用主動(dòng)控制方式，能夠有效使用傳感器，針對(duì)反饋結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)信息、外界環(huán)境的干擾信息進(jìn)行收集和總結(jié)，通過半主動(dòng)控制算法，輸出較為適宜的作用力。在半主動(dòng)控制方式應(yīng)用過程中，最為重要的是選擇到高效的半主動(dòng)控制策略和裝置。在磁流變阻尼器半主動(dòng)控制算法應(yīng)用中，包含智能控制算法和以實(shí)際狀態(tài)理論模型為基礎(chǔ)的控制算法。

2? 建立飛機(jī)起落架擺振控制模型

磁流變減擺器在飛機(jī)起落架穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著積極作用，其中磁流變液在外部磁場作用下，黏度、塑性以及流變性質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)變。磁流變效應(yīng)就是在這一基礎(chǔ)上逐漸演變的性質(zhì)情況。磁流變阻尼器屬于可調(diào)控類型的裝置，能夠充分發(fā)揮磁流變液的各類優(yōu)良特性，綜合各項(xiàng)被動(dòng)控制裝備的優(yōu)勢，擁有明顯可靠性，適應(yīng)力也較強(qiáng)，在合理有效控制策略的基礎(chǔ)上，能夠達(dá)到主動(dòng)減擺控制效果。磁流變阻尼器擁有著多個(gè)種類，按照活塞桿的作動(dòng)方式可以劃分為旋動(dòng)型和直動(dòng)型兩個(gè)方面，而在工作模式方面，還擁有著剪切式、閥式、剪切閥式以及擠壓流動(dòng)式方面。

磁流變減擺器實(shí)際運(yùn)行中，包含磁流變液響應(yīng)時(shí)間、硬件電路響應(yīng)時(shí)間以及磁流變減擺器自身響應(yīng)時(shí)間方面。在磁場液體下，磁流變液擁有著一定反應(yīng)時(shí)間，受到液體粘稠度、磁場性質(zhì)以及磁性顆粒占據(jù)空間的影響。響應(yīng)時(shí)間越短，越能夠充分發(fā)揮減擺器的優(yōu)勢和作用，這其中就需要實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，著重掌控好系統(tǒng)柔度、阻尼通道設(shè)計(jì)以及活塞運(yùn)動(dòng)速度等方面。當(dāng)減擺器內(nèi)部阻尼擁有較寬的阻尼間隙，所需要的響應(yīng)時(shí)間也較長，而整個(gè)減擺器的活塞桿都會(huì)處在較低速度的運(yùn)行狀態(tài)中，響應(yīng)速率會(huì)受到柔度的影響;而如果活塞桿保持著較高運(yùn)行速率，且超過某個(gè)臨界值，柔度產(chǎn)生的作用明顯減少;而在減擺器運(yùn)行速度持續(xù)加快的過程中，會(huì)按照級(jí)數(shù)減少響應(yīng)時(shí)間，從而得到恒定值。針對(duì)起落架控制電路的實(shí)際響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析和研究，能夠發(fā)現(xiàn)，如果磁流變液擁有著良好穩(wěn)定的使用性能，減擺器具備著合理性的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，就需要著重控制好減擺器控制電路的具體響應(yīng)時(shí)間，這是控制系統(tǒng)硬件電路中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

在構(gòu)建起落架減擺器模型的過程中，主要是按照半主動(dòng)控制動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行的。飛機(jī)保持著一定速度滑跑，在外力因素如跑道不平、側(cè)風(fēng)以及操作不當(dāng)?shù)确矫嬗绊懴?，前輪偏離前進(jìn)軸線，機(jī)輪具備一定的回復(fù)力和彈性作用，這樣會(huì)導(dǎo)致機(jī)輪運(yùn)行中產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，并和前進(jìn)的軸線方向產(chǎn)生著靠近趨勢，而隨著前進(jìn)軸線恢復(fù)到一定狀態(tài)，會(huì)受到慣性作用的影響，前輪會(huì)給軸線產(chǎn)生一定偏離。在反復(fù)性前進(jìn)和偏離過程中，飛機(jī)前輪能夠從飛機(jī)前進(jìn)軸線出發(fā)，保持著左右擺動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而整個(gè)飛機(jī)前輪的運(yùn)行軌跡會(huì)呈現(xiàn)出S形曲線狀態(tài)。由此為基礎(chǔ)，構(gòu)建起非線性擺振數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建起飛機(jī)輪胎側(cè)向運(yùn)動(dòng)方程和起落架支柱扭轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)方程。在減擺力矩為零時(shí)，實(shí)施仿真活動(dòng)，針對(duì)阻尼加以扭轉(zhuǎn)可使得飛機(jī)保持著較好的運(yùn)行速度，在這背景下機(jī)輪沒有擺振情況。將扭轉(zhuǎn)阻尼常數(shù)設(shè)置在K為-10時(shí)，運(yùn)行速度設(shè)置為30m/s，飛機(jī)機(jī)輪會(huì)產(chǎn)生擺振效果，而磁流變減擺器的作用，會(huì)消除擺振問題。針對(duì)磁流變減擺器增加較大的電流，會(huì)產(chǎn)生較為明顯的減擺情況。機(jī)輪擺角，輪胎觸地情況會(huì)朝著側(cè)向產(chǎn)生位移問題，減少滑移角，外加小電流效果明顯;反之隨著滑移角增加，采用外加大電流能夠取得良好效果。機(jī)輪擺振擁有著較高運(yùn)行狀態(tài)，增加大電流效果更好。由此能夠發(fā)現(xiàn)半主動(dòng)控制方式可以更好支持磁流變減擺器的有效運(yùn)行。

3? 硬件和軟件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

第一，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。實(shí)際設(shè)計(jì)飛機(jī)起落架磁流變減擺器，需要注重實(shí)施硬件設(shè)計(jì)工作。增加減擺器內(nèi)部鐵芯線圈電流，可以有效提高減擺器阻尼通道內(nèi)部的磁場強(qiáng)度，而減擺器內(nèi)部阻尼的阻力也會(huì)增加，反饋到最終層面，會(huì)表現(xiàn)出減擺器擁有較高的阻尼力輸出效果。而隨著電流減少的情況，減擺器的阻力也會(huì)呈現(xiàn)出有所降低的情況。結(jié)合這一運(yùn)行原理，要合理性調(diào)節(jié)好線圈內(nèi)部環(huán)路電流，從而針對(duì)減擺器的阻尼力加以調(diào)控。磁流變線圈是控制系統(tǒng)的負(fù)載，相當(dāng)于電感串聯(lián)電路、電阻，其中電感擁有著良好存儲(chǔ)能量的作用，在減擺器線圈電流無法得到優(yōu)異階躍響應(yīng)的情況下，電流實(shí)際需要的反應(yīng)時(shí)間較長。細(xì)致深入分析磁流變減擺器的內(nèi)在控制原理，能夠發(fā)現(xiàn)首先要輸入相應(yīng)信號(hào)，采集傳感器的運(yùn)行信號(hào);其次，針對(duì)信號(hào)預(yù)處理加以模擬，包含放大、濾波以及振幅等方面;再者，開展A/D轉(zhuǎn)換效果;再者，實(shí)施DSP數(shù)字信號(hào)處理;再者，還要實(shí)施PWM平滑濾波處理效果，完善通信接口;最后，輸出相應(yīng)的運(yùn)行信號(hào)。

第二，選擇合適的器件。磁流變減擺器控制系統(tǒng)運(yùn)行中，需要注重選擇到有效合理的器件，主控制芯片中選擇使用到數(shù)字信號(hào)處理芯片，充分發(fā)揮存儲(chǔ)量大、準(zhǔn)確度高以及轉(zhuǎn)換效果較快的優(yōu)勢。在位移傳感器方面選擇中要選擇到適宜整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)備，動(dòng)器輸出位移中使用反饋測量方式，從飛機(jī)起落架磁流變減擺器的實(shí)際運(yùn)行距離出發(fā)，結(jié)合磁流變減擺器行程，選擇到最佳的傳感器檢測距離。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

積極構(gòu)建起科學(xué)完善的軟件開發(fā)平臺(tái)，能夠?yàn)橛行еС诛w機(jī)起落架磁流變減擺器的正常穩(wěn)定運(yùn)行，使用數(shù)字信號(hào)處理器軟件代碼編輯器，即CCS可以起到明顯的工作效果。這一軟件平臺(tái)運(yùn)行中，存在著一系列運(yùn)行工具，能夠支持開發(fā)和調(diào)試嵌入式應(yīng)用活動(dòng)的有效開展。CCS軟件系統(tǒng)運(yùn)行中，開發(fā)環(huán)節(jié)包含應(yīng)用設(shè)計(jì)、原代碼編譯、工程文件配置以及單步調(diào)試方面。實(shí)際應(yīng)用過程中，需要有效控制好整個(gè)磁流變減擺器運(yùn)行中的軟件結(jié)構(gòu)，初始化處理好控制系統(tǒng)的參數(shù)和模塊，確保全局變量定義工作有效開展，針對(duì)位移傳感器初始位置加以準(zhǔn)確檢測，當(dāng)出現(xiàn)復(fù)位信號(hào)時(shí)候能夠開展初始化活動(dòng)。

4? 結(jié)束語

磁流變減擺器在飛機(jī)起落架整體運(yùn)行過程中發(fā)揮著積極作用，能夠有效支持整個(gè)起落架的安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免前輪擺振問題的發(fā)生。實(shí)際設(shè)計(jì)飛機(jī)起落架磁流變減擺器的過程中，需要高度重視建立飛機(jī)起落架擺振控制模型，做好硬件部分和軟件部分的設(shè)計(jì)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝世興，劉秀.飛機(jī)前起落架磁流變液減擺器設(shè)計(jì)與性能分析[J].機(jī)床與液壓，2019，47（02）：75-78，108.

[2]祝世興，范世達(dá).葉片式磁流變減擺器磁路設(shè)計(jì)與仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2017（8）.

[3]祝世興，張皓.基于田口法的磁流變減擺器優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2019，682（04）：64-68.

[4]楊永剛，張磊，顧新東，等.基于磁流變阻尼器的前起落架擺振半主動(dòng)最優(yōu)控制[J].機(jī)床與液壓，2017，045（021）：100-104.

[5]衛(wèi)麗君，李書.磁流變減擺器對(duì)直升機(jī)空中共振的影響分析[J].振動(dòng)，測試與診斷，2013，033（006）：981-986.