CN106628129A - 飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法 - Google Patents

飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法 Download PDF

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Abstract

一种飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法，采取双区间控制，提高刹车效率，确保安全性。所述双区间控制是指当Pm≥Pk时，按一种方式控制；当Pm＜Pk时，按另一种方式控制。本发明的刹车压力目标值与刹车指令电压之间按非线性控制。刹车指令电压在低增益区，刹车压力目标值Pm与刹车指令电压按高精度对应，有利于飞行员在滑行刹车阶段灵活操纵飞机；刹车指令电压在高增益区，刹车压力目标值Pm与刹车指令电压按低精度对应，有利于飞行员必要时快速施加最大的刹车压力,提高刹车效率，缩短刹车距离。

Description

飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法
技术领域
本发明涉及飞机刹车控制技术领域，具体是一种正常刹车压力在油源压力全范围控制刹车的控制方法。
背景技术
目前，正常额定刹车压力基本都控制在油源压力的0.5倍以下，为降额刹车控制方法。这种降额刹车控制方法目前被广泛使用。但是，由于刹车材料在大能量下或湿态情况下，在相同刹车压力情况下，飞机机轮产生的刹车力矩会有明显衰减，造成飞机减速慢的现象，有时还会冲出跑道，造成事故。因此降额刹车控制方法存在刹车效率低的问题。
根据机轮刹车原理，刹车系统提供刹车压力，推动机轮活塞作用于刹车盘，通过摩擦产生刹车力矩来实现机轮制动，即刹车能力正比于刹车力矩，而刹车力矩正增益于刹车压力，具有非线性特性，因此通过提高刹车压力可以达到提高刹车能力的目的。
常规的飞机防滑刹车系统压力调节控制方法按线性方式控制，刹车指令电压越小，刹车压力越小，刹车指令电压越大，刹车压力越大。在刹车指令电压所有范围内按单一的正比例函数调节控制。
总上所述，在常规的降额刹车控制方法中，刹车压力随刹车指令电压按线性方法控制，操纵性能不优。在常规的降额刹车控制方法中，刹车系统未达到最佳控制能力，刹车效率低，在飞机大能量且刹车盘湿态情况下，存在冲出跑道，发生事故的可能。
常规的降额刹车控制方法，存在以下缺点：
1.刹车效率低。
2.控制方式单一，仅进行单区间线性控制。所述“单区间”是指对刹车指令电压的响应不分高位控制和低位控制，全刹车指令电压范围仅按一个区间控制。
3.可靠性低，安全性差。
在中国航空工业集团公司标准《飞机刹车控制系统通用要求》Q/AVIC 30166-2015中提到刹车压力概念,指出刹车压力可为(0～8)MPa或(0～10)MPa或(0～12)MPa。
发明内容
为克服现有技术中存在的刹车效率低、控制方式单一，以及可靠性低，安全性差的不足，本发明提出了一种飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法。
本发明的具体过程是：
步骤一，确定刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压U之间的函数关系；
通过公式(1)确定刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压U之间的函数关系。
Pmi＝aU2+bU (1)
其中a为刹车指令电压一次系数，b为刹车指令电压二次系数；a的取值范围为1～3，b的取值范围为1～3。
确认刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压U之间的函数关系时，输入刹车指令电压U，测量该刹车指令电压U下刹车液压腔入口的刹车压力，得到该刹车液压腔入口的刹车压力，所得到的刹车液压腔入口的刹车压力与所述刹车液压腔入口刹车压力的计算标值Pmi按周期接近，最终达到刹车压力目标值Pmi。步骤二，根据刹车压力目标值Pmi确定当前周期刹车压力Pt；
当前周期刹车压力Pt通过公式(2)和公式(3)得到：
Pt＝Pt-1+c 当Pmi≥Pk且Pt-1≥Pk时 Pt最大值为Pmi (2)
Pt＝Pmi 当Pmi＜Pk或Pt-1＜Pk时 (3)
其中：c为当前周期刹车压力Pt的变化步长。Pt-1为上一周期刹车压力。Pk为临界刹车压力，取值8MPa～10MPa。当Pmi≥Pk时，刹车压力应按周期慢速加压、减压，增加刹车控制舒适性；当Pmi＜Pk时，刹车压力应按快速响应，确保刹车系统快速性。
所述当前周期刹车压力Pt的变化步长c的取值范围为-0.3～0.3，当Pt小于Pm时，c取正值；当Pt大于Pmi时，c取负值。
本发明进一步优化系统控制策略，发挥飞机防滑刹车系统的刹车能力，提升飞机在各种工况下的刹车效率，为了提高优化操纵性能，需进行飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制。
本发明的防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法采用常规的电传防滑刹车系统，液压源压力为20MPa，额定正常刹车压力为20MPa。采用电传防滑刹车系统涉及的执行部件有：防滑刹车控制盒、刹车指令传感器、电液压力伺服阀及压力传感器等。防滑刹车系统全压力调节刹车控制周期为5ms～20ms。
本发明中，刹车压力目标值与刹车指令电压之间按非线性控制。刹车指令电压在低增益区，刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压按高精度对应，有利于飞行员在滑行刹车阶段灵活操纵飞机；刹车指令电压在高增益区，刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压按低精度对应，有利于飞行员必要时快速施加最大的刹车压力,提高刹车效率，缩短刹车距离。
本发明采取双区间控制，提高刹车效率，确保安全性。所述双区间控制是指当Pmi≥Pk时，按一种方式控制；当Pmi＜Pk时，按另一种方式控制。
以20MPa液压源压力为例，将本发明的防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法与常规的飞机防滑刹车系统降额刹车控制方法对比见表1。
表1本发明控制方法与常规控制方法对比表
项目描述 本发明 常规方法
控制压力范围 20MPa 8～10MPa
刹车效率 ≥90％ 60％
控制方法 线性、单一控制 非线性、双区间控制
随着飞机发展趋势，对飞机防滑刹车系统的可靠性、安全性、效率要求越来越高。常规的降额刹车控制方法的已不能适应新的、先进的技术要求，适应性不强降低了防滑刹车系统的能力。经过对飞机防滑刹车系统的使用条件进行综合分析，提出了本发明的防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法。本发明的全压力调节刹车控制方法，能够有效提高飞机防滑刹车系统效率、可靠性和安全性。国、内外防滑刹车系统中没用采用本发明控制方法的报道和案例。
全压力调节刹车控制方法应用于基于电传防滑刹车控制或基于全电防滑刹车控制的防滑刹车控制系统中。所述全压力调节刹车控制是指正常额定刹车压力在油源压力全范围控制刹车的控制方法。
试验证明，采用全压力调节刹车控制方法后，包括飞机大能量状态等各种状态，飞机平均刹车力矩均提高20％以上。
附图说明
图1是飞机防滑刹车系统在各种压力控制下提升的刹车力矩能力示意图。
图2是本发明的流程图。图中：
1.是20MPa时可提升比率；2.是15MPa时可提升比率；3.是10MPa时可提升比率；A.是干态大能量平均刹车力矩；B.是干态正常能量平均刹车力矩；C.是湿态大能量平均刹车力矩；D.是湿态正常能量平均刹车力矩。
具体实施方式
本实施例是某型飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法。
本实施例基于电传防滑刹车系统，防滑刹车系统控制周期10ms。本实施例通过确定刹车指令电压一次系数a、刹车指令电压二次系数b、当前周期刹车压力Pt的计算常数c、临界刹车压力Pk及输入刹车指令电压，判断多个控制周期的刹车压力进行全压力调节刹车控制方法验证。
本实施例包括以下步骤：
步骤一，确定刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压U之间的函数关系
通过公式(1)确定刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压U之间的函数关系。
Pmi＝aU2+bU (1)
其中a为刹车指令电压一次系数，b为刹车指令电压二次系数；a的取值范围为1～3，b的取值范围为1～3。
本实施例中将公式(1)中a取值1.66，b取值1.66，刹车指令电压U取值范围0～4VDC。进行以下测量：
输入刹车指令电压U为1VDC，通过压力表测量刹车液压腔入口的刹车压力，得到该刹车液压腔入口的刹车压力为3.3MPa。所述刹车液压腔入口刹车压力的计算标值Pmi应为3.33MPa。所述刹车液压腔入口刹车压力的计算标值Pmi中的下标i为输入刹车指令电压U。本实施例中，下标i＝1VDC。
输入刹车指令电压U为3VDC，通过压力表测量刹车液压腔入口的刹车压力，得到该刹车液压腔入口的刹车压力为10MPa。所述刹车液压腔入口刹车压力的计算标值Pmi应为10MPa。所述刹车液压腔入口刹车压力的计算标值Pmi中的下标i为输入刹车指令电压U。本实施例中，下标i＝3VDC。
输入刹车指令电压U为4VDC，通过压力表测量刹车液压腔入口的刹车压力，得到该刹车液压腔入口的刹车压力为20MPa。所述刹车液压腔入口刹车压力的计算标值Pmi应为20MPa。所述刹车液压腔入口刹车压力的计算标值Pmi中的下标i为输入刹车指令电压U。本实施例中，下标i＝4VDC。
测试结果表明，刹车液压腔入口的刹车压力与输入的刹车指令电压之间的函数关系符合二次曲线。
所述的二次曲线表明，当刹车指令电压在低于3VDC的75％低增益区，刹车压力目标值Pmi为0～10MPa，与刹车指令电压按高精度对应，有利于飞行员在滑行刹车阶段灵活操纵飞机；
刹车指令电压在大于3VDC的后25％高增益区，刹车压力目标值Pm为10MPa～20MPa，与刹车指令电压按低精度对应，有利于飞行员必要时快速施加最大的刹车压力,提高刹车效率，缩短刹车距离。
步骤二，根据刹车压力目标值Pmi确定当前周期刹车压力Pt
当前周期刹车压力Pt通过公式(2)和公式(3)得到：
Pt＝Pt-1+c 当Pmi≥Pk且Pt-1≥Pk时 Pt最大值为Pmi (2)
Pt＝Pmi 当Pmi＜Pk或Pt-1＜Pk时 (3)
其中：c为当前周期刹车压力Pt的变化步长，c的取值范围为-0.3～0.3，当Pt小于Pm时，c取正值；当Pt大于Pmi时，c取负值。Pt-1为上一周期刹车压力。Pk为临界刹车压力，取值8MPa～10MPa。当Pmi≥Pk时，刹车压力应按周期慢速加压、减压，增加刹车控制舒适性；当Pmi＜Pk时，刹车压力应按快速响应，确保刹车系统快速性。
本实施例中将公式(2)中的c取值0.2，b取值1.66，临界刹车压力Pk取值10MPa。
将上述通过计算确定的当前周期刹车压力Pt值与实测当前周期刹车压力Pt值进行比较。
当刹车指令电压U为1VDC时，计算刹车压力目标值Pmi为3.33MPa，判断Pmi＜Pk,按公式(3)计算Pt为3.33MPa；实测Pt为3.3MPa。
当刹车指令电压U为3VDC时，计算刹车压力目标值Pmi为10MPa，判断Pmi＝Pk,但Pt-1＜Pk，按公式(3)计算Pt为10MPa；实测Pt为10MPa。
当刹车指令电压U为4VDC时，计算刹车压力目标值Pmi为20MPa，判断Pm＞Pk。当前周期Pt-1＜Pk，按公式(3)计算当前Pt为10MPa；实测Pt为10MPa。后续周期Pt-1≥Pk，50个控制周期后按公式(2)计算Pt为20MPa；实测Pt为20MPa。
图1中对比了刹车盘为干态和湿态下的刹车力矩。给出了在干态大能量和干态正常能量，以及湿态大能量和干态正常能量下，20MPa、15MPa和10MPa时的可提升比率。结果比较表明，飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法实现了双区间控制，在刹车盘为湿态情况下，大能量平均刹车力矩达到5.6kNm，相对降额刹车控制方法提高25％以上，提高了刹车效率。
本实施例中，通过对防滑刹车系统输入条件的变化，分别判断防滑刹车系统的全压力调节刹车控制能力，结果与预期一致,达到了对飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制的目标。测试结果表明，通过设置参数和输入刹车指令信号，可实现飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制，提高了防滑刹车系统使用可靠性、安全性和刹车效率。

Claims (3)

1.一种飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，确定刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压U之间的函数关系：
通过公式(1)确定刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压U之间的函数关系；
Pmi＝aU2+bU (1)
其中a为刹车指令电压一次系数，b为刹车指令电压二次系数；a的取值范围为1～3，b的取值范围为1～3；
步骤二，根据刹车压力目标值Pmi确定当前周期刹车压力Pt：
当前周期刹车压力Pt通过公式(2)和公式(3)得到：
Pt＝Pt-1+c 当Pmi≥Pk且Pt-1≥Pk时Pt最大值为Pmi (2)
Pt＝Pmi 当Pmi＜Pk或Pt-1＜Pk时 (3)
其中：c为当前周期刹车压力Pt的变化步长；Pt-1为上一周期刹车压力；Pk为临界刹车压力，取值8MPa～10MPa；
当Pmi≥Pk时，刹车压力应按周期慢速加压、减压，增加刹车控制舒适性；当Pmi＜Pk时，刹车压力应按快速响应，确保刹车系统快速性。
2.如权利要求1所述飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法，其特征在于，确认刹车压力目标值Pmi与刹车指令电压U之间的函数关系时，输入刹车指令电压U，测量该刹车指令电压U下刹车液压腔入口的刹车压力，得到该刹车液压腔入口的刹车压力，所得到的刹车液压腔入口的刹车压力与所述刹车液压腔入口刹车压力的计算标值Pmi按周期接近，最终达到刹车压力目标值Pmi。
3.如权利要求1所述飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法，其特征在于，所述当前周期刹车压力Pt的变化步长c的取值范围为-0.3～0.3；当Pt小于Pm时，c取正值；当Pt大于Pmi时，c取负值。
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