CN104085528A - 飞机前轮转弯控制系统和飞机前轮转弯控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种飞机前轮转弯控制系统，包括：转弯控制单元，其通过传感器或总线读取飞机当前状态参数并计算为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度；转弯控制阀，其从所述转弯控制单元接收指令；以及转弯作动筒，所述转弯控制阀根据从所述转弯控制单元接收的指令作相应移动，以向所述转弯作动筒输出相应压力完成前轮偏转。本发明还提供一种飞机前轮转弯控制方法，其使用前述飞机前轮转弯控制系统。
Description
技术领域
本发明属于飞机前轮转弯控制技术领域，更具体地，本发明涉及一种飞机前轮转弯控制系统和飞机前轮转弯控制方法。
背景技术
前轮转弯系统是飞机地面操控的主要系统之一，在实现飞机地面转弯控制、减少飞机起降事故方面发挥着非常重要的作用。
目前飞机高速滑行时的转弯控制流程基本如图1所示，根据目标转弯角度，飞行员用脚蹬通过转弯控制单元SCU来控制方向舵偏转角度，即主要依赖方向舵受力对飞机整体的作用进行偏转。
现有飞机转弯控制律不够完善，在地面高速滑行情况下，飞机转弯时，方向舵与前轮配合较差，转弯效率较低，前轮与地面磨损严重，轮胎寿命因此降低，从经济性角度而言，增加了飞机的使用维护成本，降低了飞机的竞争力。
当前，世界航空业竞争激烈，经济性已经成为航空公司选择产品的重要指标，因此迫切需要一种高效、优化的飞机前轮转弯控制系统及其方法来降低飞机使用维护成本，提高产品的市场竞争力。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种飞机前轮转弯控制系统和飞机前轮转弯控制方法。
飞机在地面低速滑行时，可以通过手轮进行纠偏和方向偏转运动，高速滑行时，不能通过手轮进行纠偏，必须通过脚蹬控制方向舵进行方向调整，在这种状态下，促使飞机偏转的作用主要是来自方向舵的气动力对飞机重心的力矩，飞机在以上作用下偏转，前轮被动随飞机偏转，此时轮胎和地面间存在较大摩擦，对轮胎寿命以及维护性有较大影响。
本发明主要是在高速滑行时，脚蹬同时控制方向舵偏转角度及前轮偏转角度，使方向舵偏转时，前轮偏转角度已经同时到达最优配合位置，最大程度减小轮胎与地面摩擦，提高转弯效率。
根据本发明的第一个方面，提供一种飞机前轮转弯控制系统，包括：
转弯控制单元，其通过传感器或总线读取飞机当前状态参数并计算为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度；
转弯控制阀，其从所述转弯控制单元接收指令；以及
转弯作动筒，所述转弯控制阀根据从所述转弯控制单元接收的指令作相应移动，以向所述转弯作动筒输出相应压力完成前轮偏转。
其中，所述飞机前轮转弯控制系统通过脚蹬同时控制方向舵和前轮。
根据本发明的第二个方面，提供一种飞机前轮转弯控制方法，包括步骤：
a.转弯控制单元通过传感器或总线读取飞机当前状态参数，包括侧滑角β，飞行员脚蹬指令作用下的方向舵偏转角度δr、当前前轮偏转角度α和空速v；
b.所述转弯控制单元根据CN＝0.0022*β-0.0020*δr得出飞机的偏航力矩系数CN；
根据得出飞机的偏航力矩Nrudder，
其中，ρ为空气密度，A为机翼面积，W为机翼展长；
并根据Nrudder＝J*ε得出飞机此时的航向偏转的角加速度ε，其中，J为飞机已有的转动惯量；
通过所述转弯控制单元运用积分的方法得到在当前状态下的飞机航向偏转角度σ，再根据飞机航向偏转角度与前轮偏转角度之间的几何关系α’f(σ)得出为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度α’；
c.比较当前前轮转角α和为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度α’，通过所述转弯控制单元根据运算结果向转弯控制阀发出相应指令，使得所述转弯控制阀根据指令作相应移动，并向转弯作动筒输出相应压力完成前轮偏转。
进一步，根据本发明的飞机前轮转弯控制方法还包括步骤：
d.当飞机前轮实际偏转角度未达到目标偏转角度要求时，根据飞行员脚蹬指令重复执行步骤a、步骤b和步骤c。
进一步，在所述步骤c中，同时控制方向舵的偏转角度与前轮偏转角度。
本发明的目的是提高特定状态下飞机地面滑行时的转弯效率，根据不同风速、轮速、方向舵偏度以及当前飞机当前的转弯需求，综合确定最佳前轮偏转角度与方向舵偏转角度的配合，实现飞机高效转弯。根据本发明的飞机前轮转弯控制系统和方法无需对飞机机械结构或硬件进行更改，只需在飞机控制软件中增加若干控制条件即可，易于使用和维护。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，其中：
图1示出了目前飞机高速滑行时的转弯控制流程示意图；以及
图2示出了根据本发明的飞机前轮转弯控制方法的转弯控制流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的具体实施例的实施和使用。然而，应当理解，所描述的具体实施例仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。
根据本发明的飞机前轮转弯控制系统，包括：
转弯控制单元，其通过传感器或总线读取飞机当前状态参数并计算为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度；
转弯控制阀，其从所述转弯控制单元接收指令；以及
转弯作动筒，所述转弯控制阀根据从所述转弯控制单元接收的指令作相应移动，以向所述转弯作动筒输出相应压力完成前轮偏转。
其中，所述飞机前轮转弯控制系统通过脚蹬同时控制方向舵和前轮。
根据本发明的飞机前轮转弯控制方法，其特征在于，包括步骤：
a.转弯控制单元通过传感器或总线读取飞机当前状态参数，包括侧滑角β，飞行员脚蹬指令作用下的方向舵偏转角度δr、当前前轮偏转角度α和空速v；
b.所述转弯控制单元根据CN＝0.0022*β-0.0020*δr得出飞机的偏航力矩系数CN；
根据得出飞机的偏航力矩Nrudder，
其中，ρ为空气密度，A为机翼面积，W为机翼展长；
并根据Nrudder＝J*ε得出飞机此时的航向偏转的角加速度ε，其中，J为飞机已有的转动惯量；
通过所述转弯控制单元运用积分的方法得到飞机在当前状态下航向偏转角度σ，再根据飞机航向偏角与前轮偏转角度之间的几何关系α’f(σ)得出为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度α’；
c.比较当前前轮转角α和为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度α’，通过所述转弯控制单元根据运算结果向转弯控制阀发出相应指令，使得所述转弯控制阀根据指令作相应移动，并向转弯作动筒输出相应压力完成前轮偏转，其中同时控制方向舵偏转角度与前轮偏转角度；
d.当飞机前轮实际偏转角度未达到目标偏转角度要求时，根据飞行员脚蹬指令重复执行步骤a、步骤b和步骤c。
本发明根据目标机型的具体参数，确定适合当前机型在地面高速滑行状态下的优化转弯控制律，将其增加到飞机已有的转弯控制方法当中，并更新相应软件。根据本发明的控制方法不需要更改飞机任何机械部件或电子硬件，唯一需要更改的软件是飞机转弯控制单元中对应地面转弯控制部分。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种飞机前轮转弯控制系统，其特征在于，包括：
转弯控制单元，其通过传感器或总线读取飞机当前状态参数并计算为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度；
转弯控制阀，其从所述转弯控制单元接收指令；以及
转弯作动筒，所述转弯控制阀根据从所述转弯控制单元接收的指令作相应移动，以向所述转弯作动筒输出相应压力完成前轮偏转。
2.根据权利要求1所述的飞机前轮转弯控制系统，其特征在于，所述飞机前轮转弯控制系统通过脚蹬同时控制方向舵和前轮。
3.一种飞机前轮转弯控制方法，其特征在于，包括步骤：
a.转弯控制单元通过传感器或总线读取飞机当前状态参数，包括侧滑角β，飞行员脚蹬指令作用下的方向舵偏转角度δr、当前前轮偏转角度α和空速v；
b.所述转弯控制单元根据CN＝0.0022*β-0.0020*δr得出飞机的偏航力矩系数CN；
根据得出飞机的偏航力矩Nrudder，
其中，ρ为空气密度，A为机翼面积，W为机翼展长；
并根据Nrudder＝J*ε得出飞机此时的航向偏转的角加速度ε，其中，J为飞机已有的转动惯量；
通过所述转弯控制单元运用积分的方法得到在当前状态下的飞机航向偏转角度σ，再根据飞机航向偏转角度与前轮偏转角度之间的几何关系α’f(σ)得出为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度α’；
c.比较当前前轮偏转角度α和为达到目标转弯角度所需的前轮偏转角度α’，通过所述转弯控制单元根据运算结果向转弯控制阀发出相应指令，使得所述转弯控制阀根据指令作相应移动，并向转弯作动筒输出相应压力完成前轮偏转。
4.根据权利要求3所述的飞机前轮转弯控制方法，其特征在于，还包括步骤：
d.当飞机前轮实际偏转角度未达到目标偏转角度要求时，根据飞行员脚蹬指令重复执行步骤a、步骤b和步骤c。
5.根据权利要求3或4所述的飞机前轮转弯控制方法，其特征在于，在所述步骤c中，同时控制方向舵偏转角度与前轮偏转角度。
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