CN103803098A - 一种飞机机轮速度模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种飞机机轮速度模拟装置，包括伺服电机、拨叉、盖板、机轮轮毂、机轮速度传感器、伺服驱动器、运动控制器和控制箱。其中，伺服电机安装在盖板一端的端面上，机轮速度传感器在所述盖板另一端的端面上。拨叉的连接套一端套装并固定在伺服电机的转子动轴上；伺服电机与拨叉及机轮速度传感器同轴。伺服驱动器的输出接线端子通过电缆与伺服电机的电气插座连接；伺服驱动器的输入接线端子通过电缆与运动控制器的接线端子连接。本发明在不改变机轮速度传感器工作环境、不破坏原有机载设备结构的前提下，为刹车系统提供真实的轮速信号，缩短了研制周期，提高了飞机机轮刹车系统研发和试验的综合水平，具有成本低、效率高和安全可靠的特点。

Description

一种飞机机轮速度模拟装置

技术领域

本发明涉及一种飞机机轮速度的模拟装置，具体是一种采用伺服电机带动机轮轮毂内的机轮速度传感器来模拟飞机机轮实际转动状态的设备。

背景技术

在试验刹车系统时，刹车控制盒接收刹车指令传感器的信号、自动刹车信号和飞机其它系统的相关信号，用于飞机刹车控制系统的状态判断并进行刹车计算，接收机轮速度传感器、刹车压力传感器的信号进行防滑计算，根据防滑刹车的计算结果，输出对应的电流信号给双路刹车控制阀的线圈使其输出必要的刹车压力，从而实现刹车系统的防滑刹车控制。

在检测飞机刹车系统的综合性能时，飞机速度的信号必不可少，对飞机的研制起着不可替代的作用。

在飞机地面试验台进行刹车试验时，或者在外场时飞机起飞前检查、飞机大修厂的飞机维修，飞机不可能提供真实的飞机速度来进行试验、检修。此时要得到速度信号，需要地面设备进行模拟。

早年为得到机轮速度信号，通常以信号发生器为基础，输出与真实机轮速度传感器输出信号相似的正弦波信号给刹车控制盒，以达到模拟机轮转动的目的。这种方法能模拟飞机机轮实际的转动状态，如在刹车过程中机轮出现的打滑状态。但此方法用信号发生器替代了真实的机轮速度传感器，使得试验处于半物理量仿真的状态，反应不了整个刹车系统的真实性能状态。

随着飞机的发展，飞机起飞与着陆速度及重量逐渐增加，起飞与着陆过程中的安全问题日益突出，对刹车系统的性能与可靠性要求也越来越高，因而，刹车系统的功能越来越完善，构成也越来越复杂,它关系到飞机的安全返航、持续作战能力和适应机场的能力。无论从国内还是国外的飞机事故报道及统计数据来看，大多数都发生在起飞和着陆时，因为防滑刹车系统未能正常工作的事故占很大比例，因此如何有效的提高飞机的安全性和刹车效率，缩短滑跑距离，提高飞机对各种载荷状况、跑道状况、气候条件的适应能力，成为飞机刹车系统的主要研究目标。

此时刹车系统为得到真实的机轮速度信号迫在眉睫。

目前基于全/半物理仿真的飞机试验台，为得到真实的速度信号，通常有两种方法。一种是使用大功率电机驱动整个机轮，另一种方法是使用小功率电机带动机轮速度传感器转动。

使用大功率电机驱动整个机轮，虽然能得到真实的机轮速度信号，使得机轮速度传感器处于实际的工作环境，却成本太大，试想目前大型运输机起落架有12个机轮，如需驱动其转动则需12台大功率电机，电网的供电功率限制以及能耗都是大问题，并且由于大型电机惯量过大等原因，无法模拟机轮打滑时机轮抱死等状态。

使用低功耗小型电机带动机轮速度传感器转动的设备应运而生，它能为刹车系统提供真实的机轮速度信号，并克服了直接驱动机轮的高成本、高能耗问题。

在专利号为CN201320135669的发明创造中,公开了一种机轮速度传感器驱动装置,该装置将机轮速度传感器从机轮轮毂内拆卸下来，利用安装卡具将机轮速度传感器、电机固定于底板上，利用刚性联轴器将机轮速度传感器与电机同轴连接，使用电机带动速度传感器同步转动。

上述装置中,虽把真实的机轮速度传感器融入了整个刹车系统性能测试内，解决了成本、高能耗等问题，但却存在不少缺陷:

一方面，该装置中须额外配置传感器接插件及电缆等设备，并将这些非机载设备串联进了机载刹车系统电路中；将机轮速度传感器装配于设备箱内而非机轮轮毂内，改变了速度传感器在飞机上真实的工作环境。因此，此方案对刹车系统试验的真实性产生了不可避免的负面影响，需对刹车系统的工作性能重新进行考核和评估。

另一方面，根据目前飞机的速度，民用飞机需将机轮速度传感器驱动到0～2000rpm范围，而军用飞机机轮的转速达到了5000rpm，如此高转速带来的振动和安全问题不容小觑。为降低振动幅度，此方法需选用高重量的钢板作为机轮速度传感器和电机固定用的底板。机轮速度传感器和电机为刚性连接，两者需同轴连接，由于安装时必然存在一定的偏差，电机处于高速旋转状态时，转速越高，轴不平衡带来的离心力被不断放大，为人员和设备的安全带来了重大隐患。

高重量的底板，使得设备的可移动性大打折扣；机轮速度传感器电机刚性轴连接的方式需在安装时尽可能使其两者同轴连接，安装条件苛刻、拆卸繁琐；需安装电机转向、转速判别的传感器，结构复杂，导致实用性降低。

以上缺陷使得该装置只能用于实验室室内使用，无外场工作能力，只做简单的驱动功能，无法模拟飞机的起飞、着陆、机轮打滑抱死等状态功能。

因此为了适应新一代飞机的技术性能要求，作为地面保障设备不可或缺的新机轮速度模拟设备必然要求有很高的安全性、控制精确而且反应灵敏、便于维修、拆卸与保养，便于移动，安装方便、简单可靠，有外场工作能力，能模拟飞机在各种跑道条件下起飞、滑行、着陆、中止起飞过程中机轮转速状态。

发明内容

为解决现有技术中存在的无法真实模拟飞机的起飞、着陆、机轮打滑抱死状态的不足，本发明提出了一种飞机机轮速度模拟装置。

本发明包括伺服电机、拨叉、盖板、机轮轮毂、机轮速度传感器、伺服驱动器、运动控制器和控制箱。其中，伺服电机安装在盖板一端的端面上，机轮速度传感器在所述盖板另一端的端面上。拨叉的连接套一端套装并固定在伺服电机的转子动轴上；所述伺服电机与拨叉及机轮速度传感器同轴。伺服驱动器的输出接线端子通过电缆与伺服电机的电气插座连接；伺服驱动器的输入接线端子通过电缆与运动控制器的接线端子连接。

所述拨叉包括一对拨杆、基板和连接套。所述基板的几何中心有螺孔。一对拨杆位于基板的一个表面，对称的安装在所述基板几何中心的螺孔两侧；所述一对拨杆的中心线之间的距离根据机轮速度传感器的转子两端插槽之间的距离确定，使所述一对拨杆能嵌入该插槽内。拨叉中的连接套位于基板的另一个表面的中心，该连接套的内径与所述伺服电机转子动轴的外径相同，并且所述连接套与伺服电机转子动轴之间通过键固定连接。

所述盖板敞口端的外圆周上均布三个径向凸出的凸耳，每个凸耳上有用于穿保险钢丝的保险孔，通过该保险钢丝防止固定连接盖板与机轮轮毂的螺钉松动。

本发明无需将机轮速度传感器拆卸于机轮外进行试验。在需进行机轮速度模拟试验时，将固定了拨叉、伺服电机的盖板替代飞机机轮的原有盖板,通过四个螺钉固定于机轮轮毂上，使得伺服电机通过拨叉与轮毂内的机轮速度传感器同轴连接，带动机轮速度传感器同步转动。

根据刹车试验的试验数据，飞机打滑时机轮抱死的瞬间数据表明，由于刹车压力过大，机轮的转速从最大速度突然抱死至转速为零状态的下降沿时间一般在200ms以内；由于机轮抱死，防滑刹车控制盒的防滑功能在此时松刹，机轮的速度由零状态恢复到飞机速度状态的上升沿时间，也在200ms以内。为模拟飞机打滑机轮抱死时的轮速状态，电机采用低惯量转子，低重心、低谐波的失真型磁力设计的伺服电机。低惯量转子可实现高动态性能，在带载后，电机从最低转速到最高转速或从最高转速到最低转速状态时间差在200ms以内。

伺服电机受控于控制箱。控制箱为小推车式设计，体积小巧且便于移动，集成了伺服电机驱动器、线缆用的绞线盘以及用于存放伺服电机用的存储间。

采用与伺服电机配套的伺服驱动器，集成了对伺服电机的正反转、转速值大小的控制，并实时采集由伺服电机反馈的速度、转向信号，形成闭环控制，无需额外安装用于判别电机转向及转速用的传感器，集成度高,体积小巧,控制精度高，反应速度快，转速稳定可靠。安全方面，伺服驱动器集成了对电机电流、温度的监控，在电机温度超限、卡死等故障情况时停止电机工作并发出告警。

机轮速度传感器与伺服电机的连接使用了拨叉式的非刚性连接的设计方案，相对于使用联轴器的刚性连接的方式，在机轮速度传感器、伺服电机轴心存在同一偏差值的情况下，因机轮速度传感器的转子惯量远小于伺服电机转子惯量，由此产生的离心力和振动幅度大大降低。因此，对于小/微型电机，拨叉式的非刚性连接设计方案,可使得电机与机轮速度传感器的轴心允许有一定量的偏差，安装简单可靠，避免了刚性连接同轴安装时需高精度定位的苛刻要求。

由于本发明所采取的技术措施，能够实现机轮速度传感器转速的精细调节且转速稳定，控制精度可达0.1%FS，比传统此类设备大幅度提高，能模拟飞机在各种跑道条件下起飞、滑行、着陆、中止起飞过程中机轮转速状态。使用的低惯量伺服电机，可模拟飞机打滑时机轮抱死的瞬间状态。

本发明在不改变机轮速度传感器工作环境、不破坏原有机载设备结构的前提下，为刹车系统提供真实的轮速信号，还原真实的刹车系统，达到模拟飞机在各种跑道条件下起飞、滑行、着陆、中止起飞过程中机轮转速状态功能，既可以应用于新建飞机刹车试验台、飞机综合性能试验台，也可对现有飞机全/半物理仿真试验台进行改良，为飞机刹车系统的研制提供了准确可信的测试信号，为全面检查飞机电子防滑刹车控制系统在飞机起飞、着陆时，电子防滑刹车控制系统的防滑刹车性能、匹配性及系统的改进和参数优化提供必要的试验条件，缩短了研制周期，极大的提高了飞机机轮刹车系统研发和试验的综合水平；另外低成本和低功耗设计，减小了经济费用，还具有节能降耗的示范意义和推广价值。

本发明也是机场内飞机起飞前刹车系统性能的现场检查必不可缺的地面保障设备，是飞机大修厂必备的检修设备。由于便携式的设计以及安装方式的改进，即插即用，提高了检修的效率及飞机起飞时安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是拨叉的结构示意图，其中图2a是侧视图，图2b是主视图。

图3是盖板的结构示意图，其中图2a是侧视图，图2b是主视图。

图4是本发明与机轮轮毂的配合示意图。

附图中：

1.伺服电机；2.拨叉；3.盖板；4.机轮轮毂；5.机轮速度传感器；6.伺服驱动器；7.运动控制器；8.控制箱；9.拨杆；10.基板；11.连接套。

具体实施方式

本实施例是用于某型机的飞机机轮速度模拟装置。

本实施例包括伺服电机1、拨叉2、盖板3、机轮轮毂4、机轮速度传感器5、伺服驱动器6、运动控制器7和控制箱8。其中，伺服电机1安装在盖板3一端的端面上，机轮速度传感器1在所述盖板3另一端的端面上。拨叉2的连接套一端套装在伺服电机1的转子动轴上,并通过键连接；在拨叉基板10的几何中心有与伺服电机1中的转子端面固定连接的螺孔。所述伺服电机1与拨叉2及机轮速度传感器5同轴。伺服驱动器6的输出接线端子通过电缆与伺服电机1的电气插座连接；伺服驱动器6的输入接线端子通过电缆与运动控制器7的接线端子连接。伺服驱动器6为伺服电机1提供驱动动力以及转速指令。

盖板3采用锻铝5，接口尺寸公差按±0.1mm执行，表面铬酸阳极化。

所述盖板3为圆形壳体，该盖板的一端为敞口，另一端有端板。在盖板3端板的中心有伺服电机1输出轴的安装孔，在所述伺服电机输出轴的安装孔的周边均布有四个螺孔，用于将伺服电机固定在盖板的端板上。

盖板3敞口端的外圆周上均布三个径向凸出的凸耳，每个凸耳上有一个螺孔和两个保险孔，其中螺孔用于将盖板3固定在机轮4的轮毂上，保险孔用于穿保险钢丝，通过该保险钢丝防止固定连接盖板与机轮轮毂的螺钉松动。所述用于固定连接盖板和机轮毂的螺钉采用HB1－203中规定的头部有保险孔的圆柱螺钉，。穿保险钢丝时，保险钢丝的两端分别穿过该凸耳的两个保险孔内，再将该保险钢丝的两端穿入所述螺钉上的通孔内并拧紧。

所述拨叉2包括一对拨杆9、基板10和连接套11。所述基板10的几何中心有用于将拨叉2与伺服电机的转子动轴固定连接的螺孔。一对拨杆9位于基板的一个表面，对称的安装在所述基板几何中心的螺孔两侧；所述一对拨杆的中心线之间的间距根据机轮速度传感器5的转子两端插槽之间的距离确定，使所述一对拨杆能嵌入该插槽内。

本实施例中，拨叉2中两个拨杆距中心距为21mm；根据实际测绘电机动轴至机轮速度传感器转子安装距离，确定拨叉2的拨杆长度。

拨叉中的连接套11位于基板的另一个表面的中心，该连接套的内径与所述伺服电机转子动轴的外径相同，并且所述连接套与伺服电机转子动轴之间通过键固定连接。

根据所述某机型的起降速度，确定伺服电机额定转速为3000rpm。伺服电机从零转速增至额定转速，或从额定转速降到零转速所用时间≤200ms，根据对应的机轮速度传感器大小及惯量，电机功率≥100W。根据参数，本实施例中的伺服电机选用机身长117mm，功率为130W，惯量为0.045㎏-㎡的AKM13C-ANCNC型伺服电机。

伺服驱动器选用与之配套的AKM伺服驱动器。伺服电机1与伺服驱动器6为智能反馈设备的反馈组合，能够自动形成闭环控制，简单实用，实时性及精确地高，并具有过载、欠电压、过速、过热、过电流安全保护措施及报警。

运动控制器7为便携式PXI系统，内插运动控制板卡，为常规选件。运动控制器7通过脉冲信号给定伺服驱动器6转速信号，伺服驱动器6控制伺服电机1的转向及转速，同时伺服电机1反馈转向及转速值至伺服驱动器6，形成闭环控制。

小推车式控制箱8按常规设计，用于安放伺服驱动器6、运动控制器7。

Claims (3)

1.一种飞机机轮速度模拟装置，其特征在于，包括伺服电机、拨叉、盖板、机轮轮毂、机轮速度传感器、伺服驱动器、运动控制器和控制箱；其中，伺服电机安装在盖板一端的端面上，机轮速度传感器在所述盖板另一端的端面上；拨叉的连接套一端套装并固定在伺服电机的转子动轴上；所述伺服电机与拨叉及机轮速度传感器同轴；伺服驱动器的输出接线端子通过电缆与伺服电机的电气插座连接；伺服驱动器的输入接线端子通过电缆与运动控制器的接线端子连接。

2.如权利要求1所述一种飞机机轮速度模拟装置，其特征在于，所述拨叉包括一对拨杆、基板和连接套；所述基板的几何中心有螺孔；一对拨杆位于基板的一个表面，对称的安装在所述基板几何中心的螺孔两侧；所述一对拨杆的中心线之间的距离根据机轮速度传感器的转子两端插槽之间的距离确定，使所述一对拨杆能嵌入该插槽内；拨叉中的连接套位于基板的另一个表面的中心，该连接套的内径与所述伺服电机转子动轴的外径相同，并且所述连接套与伺服电机转子动轴之间通过键固定连接。

3.如权利要求1所述一种飞机机轮速度模拟装置，其特征在于，盖板敞口端的外圆周上均布三个径向凸出的凸耳，每个凸耳上有用于穿保险钢丝的保险孔，通过该保险钢丝防止固定连接盖板与机轮轮毂的螺钉松动。

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