CN107618655B - 使用自动俯仰控制来改进制动性能 - Google Patents

使用自动俯仰控制来改进制动性能 Download PDF

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Abstract

本发明涉及使用自动俯仰控制来改进制动性能。飞行控制律通过使用测量到的纵向加速度和/或踏板位置作为控制律的基准量而操作飞行器升降舵(或其他俯仰控制系统)来增强制动效率。通过该技术方案，能够提高主起落架中的竖直负荷，并因此增强制动效率。

Description

使用自动俯仰控制来改进制动性能
技术领域
本文的技术落入飞行器飞行控制的领域内，并且更特别地涉及通过使用俯仰控制系统来改进制动性能的飞行控制律。
背景技术
在飞行器着陆或中断起飞的制动阶段期间，减速力的主要来源从飞行器轮胎与跑道表面之间的摩擦接触产生。通过在主起落架轮上施加制动的动作产生这些摩擦力。
由于常规的飞行器通常仅在主轮上(并且不在前轮上)具有制动器，所以影响制动能力的关键参数是在地面减速期间作用在主起落架中的竖直负荷。作用在主起落架上的竖直负荷越大，则制动器所能够提供以减慢并且使飞行器停止的减速力就越高。
发明内容
本发明提供了一种用于提高飞行器的制动效率的系统，所述飞行器具有升降舵或其它后部的俯仰控制面，所述系统包括：
加速度传感器，所述加速度传感器被构造成用于测量所述飞行器的纵向减速度；
制动踏板传感器，所述制动踏板传感器用于测量制动踏板的位置；以及
控制器，所述控制器被联接至所述加速度传感器和/或所述制动踏板传感器，所述控制器实施飞行控制律，所述飞行控制律通过如下方式来增强所述飞行器的制动效率，即，通过使用测量到的纵向减速度和/或踏板位置作为所述控制律的基准量来操作所述升降舵或其它俯仰控制面，由此根据测量到的纵向减速度和/或感测到的施加的制动踏板选择性地控制升降舵或其它的俯仰控制面的偏转以便产生后部的向下升力，该向下升力增加主起落架中的竖直负荷并且因此增强所述飞行器的制动效率，
其中，所述控制器调节在减速度和/或制动踏板与俯仰控制面偏转之间的关系，以始终在前起落架上保持至少最小竖直负荷以便在起飞和着陆期间提供足够的方向性操纵性能。
优选地，所述飞行器包括不具有相关联的制动器的前轮。
优选地，所述加速度传感器包括线性加速度计。
优选地，所述控制器响应于测量到的纵向减速度和/或制动踏板位置而输出信号，以改变所述升降舵或其它俯仰控制面的位置。
优选地，所述控制器产生输出，所述输出控制俯仰控制面，以至少部分地抵消由主起落架制动器产生的俯冲力矩，所述俯冲力矩具有降低所述主起落架上的局部负荷和增加前起落架上的负荷的效果。
优选地，所述系统不直接测量前起落架上的瞬时竖直负荷。
优选地，所述控制器输出参数以控制产生后部的向下升力的俯仰控制面，并且所述向下升力在所述飞行器上执行旋转力矩，所述旋转力矩至少部分地抵消主起落架上的制动力产生的俯冲力矩，由此增加所述主起落架上的局部负荷并降低前起落架上的负荷。
本发明还提供了一种提高飞行器的制动效率的方法，所述飞行器包括具有制动器的主起落架、前起落架以及升降舵或其它后部的俯仰控制面，所述方法包括：
测量所述飞行器的纵向减速度；
测量制动踏板的位置；
使用至少一个处理器实施飞行控制律，所述飞行控制律通过如下方式来增强所述飞行器的制动效率，即，通过使用测量到的纵向减速度和/或测量到的制动踏板位置作为所述控制律的基准量来操作所述升降舵或其它后部的俯仰控制面，由此根据测量到的纵向减速度和/或测量到的制动踏板位置控制所述升降舵或其它后部的俯仰控制面的偏转以便产生后部的向下升力，以便选择性地增加主起落架中的竖直负荷；以及
利用所述至少一个处理器来调节在测量到的纵向减速度和/或测量到的制动踏板位置与所述升降舵或其它后部的俯仰控制面的偏转之间的关系，以始终在前起落架上保持至少最小竖直负荷以便在起飞和着陆期间提供足够的方向性操纵性能。
优选地，前起落架包括不具有制动器的前轮。
优选地，所述方法还包括：利用所述至少一个处理器、响应于测量到的纵向减速度和/或制动踏板位置来输出信号以支配俯仰控制面的位置。
优选地，所述方法还包括：利用所述至少一个处理器产生输出，所述输出控制俯仰控制面，以至少部分地抵消由主起落架制动器产生的俯冲力矩，所述俯冲力矩具有降低主起落架上的局部负荷并增加前起落架上的负荷的效果。
优选地，所述方法还包括：不直接测量前起落架上的瞬时竖直负荷。
优选地，所述方法还包括：利用所述至少一个处理器输出参数以支配俯仰控制面，以产生后部的向下升力，所述向下升力在所述飞行器上执行旋转力矩，所述旋转力矩至少部分地抵消主起落架上的制动力产生的俯冲力矩，由此增加所述主起落架上的局部负荷并降低前起落架上的负荷。
本发明还提供了一种飞行器，其包括：
机身；
主起落架，所述主起落架具有由制动踏板控制的制动器；
前起落架；
升降舵或其它后部的俯仰控制面；以及
如上面所述的用于提高飞行器的制动效率的系统。
附图说明
应结合附图阅读下文对示例性的非限制示意性实施例的详细描述，其中：
图1示意了在制动段期间作用在飞机上的力；
图2示意了在制动期间作用在飞机上的力和示例非限制性控制律方案；并且
图3示出由电传操纵控制器执行的示例控制律。
具体实施方式
图1示意了在制动段期间作用在飞机100中的力。该图示出在跑道102上移动的飞行器100受到来自机翼104的向上升力L、来自发动机106的向前推力T、以及气动阻力D。作用在整个飞行器100上的净竖直负荷是飞行器升力L和重力W的合力。分别作用在主起落架11和前起落架13上的各个竖直负荷RMLG、RNLG是竖直负荷在飞行器的前起落架和主起落架之间分布的结果。主起落架11的轮子施加的制动力FatMLG产生俯冲旋转力矩，该俯冲旋转力矩降低主起落架11上的局部负荷，并且增加前起落架13上的负荷。结果，制动效率由于制动力产生的朝下的俯仰力矩而降低。
该示例非限制性技术提供了一种解决上述制动效率问题的技术方案。
一个示例非限制性实施例提供一种飞行控制律，该飞行控制律通过使用测量到的纵向加速度和/或制动踏板位置作为控制律的基准量而操作飞行器升降舵108(或其他俯仰控制系统)来增强制动效率。通过这种技术方案，能够增加主起落架11中的竖直负荷，且因此增强制动效率。
使用该示例非限制性方法，能够调节加速度和/或制动踏板与升降舵108偏转之间的关系，以始终在前起落架13上保持至少最小竖直负荷，以在起飞和着落期间提供足够的方向性操纵性能。不需要直接测量前起落架13上的瞬时竖直负荷。这种技术方案提供了一种简单且可靠的系统，因为测量到的减速度和制动踏板位置参数通常已经被电传操纵控制律使用，并且已经具有必要的可靠性。
更详细地，图2示出了包括实施控制律的电传操纵控制器52(其可以是执行存储在非暂时性存储器中的软件的一个或多个处理器)的示例控制系统50。特别地，控制器52接收指示纵向加速度(例如，由常规的线性加速度计或其它加速度测量传感器测量到的负加速度或减速度)的输入Accx和来自常规的制动踏板位置传感器的制动踏板位置(pedalpos)。控制器52还可以从风速指示仪或测量飞行器速度的其它传感器接收速度信号。控制器52不需要前负荷或力的测量值作为输入。
响应于这些输入中的一些输入或全部输入，控制器52产生输出δelev，该输出δelev被应用以改变升降舵108或其它俯仰控制面的位置。控制器52输出参数δelev以控制产生后部的向下升力LHT的后部俯仰控制面(例如，升降舵108)。向下升力LHT在飞行器上执行旋转力矩，该旋转力矩至少部分地抵消由主起落架11上的制动力产生的俯冲力矩。该抵消力矩具有增加主起落架11上的局部负荷并且减小前起落架13上的负荷的效果。
图3示出了控制器52执行的示例非限制性控制律步骤。在该示例中，控制器52读取加速度(方框102)、制动踏板位置(方框104)和速度(方框106)。控制器52从这些参数中的一个、一些或全部参数来计算参数δelev，从而如上所述地控制后部俯仰控制面108(方框108)。这导致增加朝向地面的飞行器主起落架11的法向竖直负荷RMLG(方框110)，并且相应地增加制动力FatMLG(方框112)。通过重复地读取加速度(方框102)、制动踏板位置(方框104)和速度(方框106)，并且重复地执行方框108、110和112的计算和步骤而持续地重复该过程。
虽然已经结合当前被视为最实际和优选实施例的实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明有意涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种变型和等效布置。

Claims (14)

1.一种用于提高飞行器的制动效率的系统，所述飞行器具有升降舵或其它后部的俯仰控制面，所述系统包括：
加速度传感器，所述加速度传感器被构造成用于测量所述飞行器的纵向减速度；
制动踏板传感器，所述制动踏板传感器用于测量制动踏板的位置；以及
控制器，所述控制器被联接至所述加速度传感器和/或所述制动踏板传感器，所述控制器实施飞行控制律，所述飞行控制律通过如下方式来增强所述飞行器的制动效率，即，通过使用测量到的纵向减速度和/或踏板位置作为所述控制律的基准量来操作所述升降舵或其它俯仰控制面，由此根据测量到的纵向减速度和/或感测到的施加的制动踏板选择性地控制升降舵或其它的俯仰控制面的偏转以便产生后部的向下升力，该向下升力增加主起落架中的竖直负荷并且因此增强所述飞行器的制动效率，
其中，所述控制器调节在减速度和/或制动踏板与俯仰控制面偏转之间的关系，以始终在前起落架上保持至少最小竖直负荷以便在起飞和着陆期间提供足够的方向性操纵性能。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述飞行器包括不具有相关联的制动器的前轮。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述加速度传感器包括线性加速度计。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器响应于测量到的纵向减速度和/或制动踏板位置而输出信号，以改变所述升降舵或其它俯仰控制面的位置。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器产生输出，所述输出控制俯仰控制面，以至少部分地抵消由主起落架制动器产生的俯冲力矩，所述俯冲力矩具有降低所述主起落架上的局部负荷和增加前起落架上的负荷的效果。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述系统不直接测量前起落架上的瞬时竖直负荷。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述控制器输出参数以控制产生后部的向下升力的俯仰控制面，并且所述向下升力在所述飞行器上执行旋转力矩，所述旋转力矩至少部分地抵消主起落架上的制动力产生的俯冲力矩，由此增加所述主起落架上的局部负荷并降低前起落架上的负荷。
8.一种提高飞行器的制动效率的方法，所述飞行器包括具有制动器的主起落架、前起落架以及升降舵或其它后部的俯仰控制面，所述方法包括：
测量所述飞行器的纵向减速度；
测量制动踏板的位置；
使用至少一个处理器实施飞行控制律，所述飞行控制律通过如下方式来增强所述飞行器的制动效率，即，通过使用测量到的纵向减速度和/或测量到的制动踏板位置作为所述控制律的基准量来操作所述升降舵或其它后部的俯仰控制面，由此根据测量到的纵向减速度和/或测量到的制动踏板位置控制所述升降舵或其它后部的俯仰控制面的偏转以便产生后部的向下升力，以便选择性地增加主起落架中的竖直负荷；以及
利用所述至少一个处理器来调节在测量到的纵向减速度和/或测量到的制动踏板位置与所述升降舵或其它后部的俯仰控制面的偏转之间的关系，以始终在前起落架上保持至少最小竖直负荷以便在起飞和着陆期间提供足够的方向性操纵性能。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，前起落架包括不具有制动器的前轮。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：利用所述至少一个处理器、响应于测量到的纵向减速度和/或制动踏板位置来输出信号以支配俯仰控制面的位置。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，还包括：利用所述至少一个处理器产生输出，所述输出控制俯仰控制面，以至少部分地抵消由主起落架制动器产生的俯冲力矩，所述俯冲力矩具有降低主起落架上的局部负荷并增加前起落架上的负荷的效果。
12.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，还包括：不直接测量前起落架上的瞬时竖直负荷。
13.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，还包括：利用所述至少一个处理器输出参数以支配俯仰控制面，以产生后部的向下升力，所述向下升力在所述飞行器上执行旋转力矩，所述旋转力矩至少部分地抵消主起落架上的制动力产生的俯冲力矩，由此增加所述主起落架上的局部负荷并降低前起落架上的负荷。
14.一种飞行器，包括：
机身；
主起落架，所述主起落架具有由制动踏板控制的制动器；
前起落架；
升降舵或其它后部的俯仰控制面；以及
根据权利要求1至7中的任一项所述的系统。
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