CN107651172A

CN107651172A - 一种飞机前轮转弯控制系统

Info

Publication number: CN107651172A
Application number: CN201710731017.8A
Authority: CN
Inventors: 张晓娟; 何敏; 何泳; 王山; 李静洪
Original assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Current assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2018-02-02

Abstract

本发明公开了一种飞机前轮转弯控制系统，包括安控制盒和安装在飞机前起落架支柱上的机电作动器，所述控制盒包括EMA控制器和电机驱动单元，所述EMA控制器与所述电机驱动单元通信连接，所述EMA控制器通信连接有上位机，所述电机驱动单元连接所述机电作动器。所述机电作动器包括电动机和离合器，所述离合器还连接有减速器，所述减速器连接有输出齿轮，所述输出齿轮与飞机前起落架套筒上的转弯机构传动连接，所述转弯机构上安装有与所述EMA控制器连接的角度传感。本发明没有液压管路，不存在液压油泄漏、液压油污染等问题，不需要繁琐的管路布置，大大节省了飞机前起落架上的安装空间，机电作动器采用高集成度设计，具有体积小、重量轻的优点。

Description

一种飞机前轮转弯控制系统

技术领域

本发明涉及航天工业控制领域，具体的说，是一种飞机前轮转弯控制系统。

背景技术

在操纵飞机转向时，可以通过刹车差动、发动机非对称推力差动和操纵前轮转向这三种方式。飞行员应用主轮差动刹车来控制方向的本质是使飞机机轮受到的摩擦力矩在航向受力上产生一个变化角度实现转向，飞机滑行速度减缓的本质是使刹车轮胎里的液压刹车圆盘产生动静盘的摩擦，使机轮轮胎与跑道产生力矩结合，达到飞机减速的目的。但是，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，增加了飞机的使用维护成本。由于前轮转向的操作方式可以使飞机更加灵活，及时的纠正航向，同时也防止了差动刹车转弯过程中导致的局部高温和机轮轮胎磨损。因此，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。飞机前轮转弯控制系统是现代飞机实现地面操纵的关键，直接关系到飞机的起降安全。而传统的飞机起落架设计中一般采用液压驱动装置，来自驾驶室的操纵信号通过机械传动机构传送到液压控制阀，液压控制阀控制实现前轮偏转，增加了操纵力矩，但是由于液压管路的复杂性，存在体积大、重量大等问题，同时由于机械传动机构的操作延时，存在前轮操纵的稳定性、控制精度较差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞机前轮转弯控制系统，用于解决现有技术中飞机上依赖液压管路操纵飞机前轮存在体积大、重量大和稳定性差的问题。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

一种飞机前轮转弯控制系统，包括安装在飞机电子设备舱的控制盒和安装在飞机前起落架支柱上的用于控制飞机前轮转弯的机电作动器，所述控制盒包括EMA控制器和电机驱动单元，所述EMA控制器与所述电机驱动单元通信连接，所述EMA控制器通信连接有上位机，所述电机驱动单元连接所述机电作动器。

工作原理：

安装在飞机电子设备舱的控制盒中的EMA控制器，与上位机通信，接收上位机的控制指令，并将控制信号发送至电机驱动单元，由电机驱动单元驱动安装在飞机前起落架上的机电作动器工作，控制飞机前轮减速和转弯，并防止飞机前轮在转弯的过程中发生起落架摆振的现象。电机驱动单元，接收机电动作器的电流、电压反馈，并将反馈信号发送至EMA控制器，EMA控制器将上位机的控制指令和电机驱动单元发送的反馈信号进行比较、计算，再次输出控制信号至电机驱动单元，由电机驱动单元对机电作动器进行调整，实现了对机电作动器的闭环控制。EMA控制器在上电启动时，首先启动自检测，对EMA控制器本身和机电作动器进行故障检测，如果检测到故障，则启动减摆模式，并定位故障到LRU（航线可更换组件），便于后期查询和维护。减摆模式下前轮可自由偏转，不影响飞机安全；如果没有检测到故障，则等待上位机的控制指令。采用全电控制飞机前轮转弯，相比传统的液压驱动前轮转弯系统，附件减少，不再需要敷设复杂的管路，解决了液压作动系统存在油液泄露、可靠性低、维护性差的问题，具有响应速度快，控制精度高和前轮稳定性的优点，并且体积小，重量轻。

进一步地，所述机电作动器包括与所述电机驱动单元连接的电动机和与所述EMA控制器连接的离合器，所述电动机与所述离合器连接，所述离合器还连接有减速器，所述减速器连接有输出齿轮，所述输出齿轮与飞机前起落架套筒上的转弯机构传动连接，所述转弯机构上安装有与所述EMA控制器连接的角度传感器，所述机电作动器还包括减摆器，所述减摆器与所述减速器连接，并与所述EMA控制器连接。

工作原理：

控制盒中的EMA控制器接收上位机的控制指令后，发送控制信号至电机驱动模块，当控制指令为转弯时，电机驱动模块驱动电动机工作，电动机连接的离合器上电，电动机与减速器连接，进入转弯模式，减速器将电动机输出的转速降低、扭矩增大，所述减速器连接输出齿轮，输出齿轮连接飞机前起落架上的套筒上的转弯机构，所述转弯机构的齿轮与输出齿轮啮合，将转速进一步降低，将扭矩进一步增大，转弯机构上的齿轮带动飞机前轮偏转。在飞机前轮偏转的过程中，EMA控制器控制离合器，使离合器断电，这时，电动机与减速器脱开，进入减摆模式，减摆器包括摆缸、转动叶片和固定叶片，摆缸分为装有油液的两个腔，转动叶片与减速器同轴，固定叶片不运动；转动叶片和固定叶片通过阻尼小孔沟通两腔的油液，阻尼小孔位于转动叶片的转轴内，阻尼小孔使两腔油液产生压差，从而产生阻尼，消耗摆振能量，减少飞机前轮转弯过程中的摆振。飞机前起落架套筒上的转弯机构上安装的角度传感器，将转弯机构的位置信息反馈给与角度传感器连接的EMA控制器，电机驱动模块采集电动机的转速和电流信号，并反馈至EMA控制器，EMA控制器根据角度传感器反馈的位置信息和电机驱动单元采集的电机转速和电流信号，与接收的上位机的控制指令比较、计算，输出位置调整控制信号至电机驱动模块，由电机驱动模块驱动电动机转动，实现了对电动机的闭环控制和实现了对飞机前轮的精准定位。机电作动器采用高集成度设计，集电动机、离合器、减速器、输出齿轮和减摆器于一体，体积小，重量小，安装方便。

进一步地，所述机电作动器还包括用于向所述减摆器中补充油液的补偿器。

工作原理：

机电作动器中的补偿器用于向减摆器中补充液压油，使减摆器内油液保持一定压力，避免减摆器的摆缸中的某一个腔出现负压，产生气穴，影响减摆效果。

进一步地，所述EMA控制器与电机驱动单元之间连接有光电隔离电路。

光电隔离电路采用光电隔离器，将EMA控制器与电机驱动单元进行隔离，即仅保持信号联系，而直接不发生电的联系，便于将干扰源与易受干扰的部分隔离。

进一步地，所述转弯机构为蜗轮蜗杆机构或滚珠丝杠机构。

转弯机构采用蜗轮蜗杆机构或滚珠丝杠机构，可以满足飞机前轮转弯过程中的大角度转弯和大操纵力矩的要求。

进一步地，所述机电作动器上固定安装有用于包裹所述输出齿轮与所述转弯机构的齿轮罩，所述飞机前起落架支柱上还设有与所述齿轮罩卡接的卡槽。

机电作动器上安装的齿轮罩，将输出齿轮与转弯机构上的齿轮包裹，防止飞机滑行时地面上的沙尘等进入齿轮，引起卡滞。

进一步地，所述电动机为无刷直流电机。

无刷直流电机具有低速大转矩、速度范围宽、电机效率高、过载能力强、电机体积小和重量轻的优点，无刷直流电机无机械换向器，采用全封闭式结构，防止尘土进入电机内部，可靠性高。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）与传统的液压作动前轮控制系统相比，本发明没有液压管路，不存在液压油泄漏、液压油污染等问题，不需要繁琐的管路布置，大大节省了飞机前起落架上的安装空间。且与液压系统相比，电动前轮控制系统具有体积小、重量轻、可靠性高、生存力强、维护性好等优点，能够实时进行故障检测、故障定位与故障隔离。

（2）本发明中的机电作动器采用高集成度设计，集电动机、离合器、减速器、输出齿轮、减摆器和补偿器于一体，体积小、重量小、安装方便。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明中机电作动器的结构连接示意图；

其中1-电动机；2-离合器；3-减速器；4-角度传感器；5-转弯机构；6-减摆器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

工作原理：

安装在飞机电子设备舱的控制盒中的EMA控制器，与上位机通信，接收上位机的控制指令，并将控制信号发送至电机驱动单元，由电机驱动单元驱动安装在飞机前起落架上的机电作动器工作，控制飞机前轮减速和转弯，并防止飞机前轮在转弯的过程中发生起落架摆振的现象。电机驱动单元，接收机电动作器的电流、电压反馈，并将反馈信号发送至EMA控制器，EMA控制器将上位机的控制指令和电机驱动单元发送的反馈信号进行比较、计算，再次输出控制信号至电机驱动单元，由电机驱动单元对机电作动器进行调整，实现了对机电作动器的闭环控制。EMA控制器在上电启动时，首先启动自检测，对EMA控制器本身和机电作动器进行故障检测，如果检测到故障，则启动减摆模式，并定位故障到LRU航线可更换组件，便于后期查询和维护。减摆模式下前轮可自由偏转，不影响飞机安全；如果没有检测到故障，则等待上位机的控制指令。采用全电控制飞机前轮转弯，相比传统的液压驱动前轮转弯系统，附件减少，不再需要敷设复杂的管路，解决了液压作动系统存在油液泄露、可靠性低、维护性差的问题，具有响应速度快，控制精度高和前轮稳定性的优点，并且体积小，重量轻。

实施例2：

在实施例1的基础上，结合附图1和图2所示，所述机电作动器包括与所述电机驱动单元连接的电动机1和与所述EMA控制器连接的离合器2，所述电动机1与所述离合器2连接，所述离合器2还连接有减速器3，所述减速器3连接有输出齿轮，所述输出齿轮与飞机前起落架套筒上的转弯机构5传动连接，所述转弯机构5上安装有与所述EMA控制器连接的角度传感器4，所述机电作动器还包括减摆器6，所述减摆器6与所述减速器3连接，并与所述EMA控制器连接。

工作原理：

控制盒中的EMA控制器接收上位机的控制指令后，发送控制信号至电机驱动模块，当控制指令为转弯时，电机驱动模块驱动电动机1工作，电动机1连接的离合器2上电，电动机1与减速器3连接，进入转弯模式，减速器3将电动机1输出的转速降低、扭矩增大，所述减速器3连接输出齿轮，输出齿轮连接飞机前起落架上的套筒上的转弯机构5，所述转弯机构的齿轮与输出齿轮啮合，将转速进一步降低，将扭矩进一步增大，转弯机构上的齿轮带动飞机前轮偏转。在飞机前轮偏转的过程中，EMA控制器控制离合器2，使离合器2断电，这时，电动机1与减速器3脱开，进入减摆模式，减摆器包括摆缸、转动叶片和固定叶片，摆缸分为装有油液的两个腔，转动叶片与减速器同轴，固定叶片不运动；转动叶片和固定叶片通过阻尼小孔沟通两腔的油液，阻尼小孔位于转动叶片的转轴内，阻尼小孔使两腔油液产生压差，从而产生阻尼，消耗摆振能量，减少飞机前轮转弯过程中的摆振。飞机前起落架套筒上的转弯机构5上安装的角度传感器4，将转弯机构5的位置信息反馈给与角度传感器4连接的EMA控制器，电机驱动模块采集电动机1的转速和电流信号，并反馈至EMA控制器，EMA控制器根据角度传感器4反馈的位置信息和电机驱动单元采集的电机转速和电流信号，与接收的上位机的控制指令比较、计算，输出位置调整控制信号至电机驱动模块，由电机驱动模块驱动电动机1转动，实现了对电动机1的闭环控制和实现了对飞机前轮的精准定位。机电作动器采用高集成度设计，集电动机1、离合器2、减速器3、输出齿轮和减摆器6于一体，体积小，重量小，安装方便。

实施例3：

在实施例2的基础上，结合附图1和图2所示，所述机电作动器还包括用于向所述减摆器6中补充油液的补偿器。

工作原理：

机电作动器中的补偿器用于向减摆器6中补充液压油，使减摆器6内油液保持一定压力，避免减摆器6的摆缸中的某一个腔出现负压，产生气穴，影响减摆效果。

进一步地，所述转弯机构5为蜗轮蜗杆机构或滚珠丝杠机构。

转弯机构5采用蜗轮蜗杆机构或滚珠丝杠机构，可以满足飞机前轮转弯过程中的大角度转弯和大操纵力矩的要求。

进一步地，所述电动机1为无刷直流电机。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种飞机前轮转弯控制系统，其特征在于，包括安装在飞机电子设备舱的控制盒和安装在飞机前起落架支柱上的用于控制飞机前轮转弯的机电作动器，所述控制盒包括EMA控制器和电机驱动单元，所述EMA控制器与所述电机驱动单元通信连接，所述EMA控制器通信连接有上位机，所述电机驱动单元连接所述机电作动器。

2.根据权利要求1所述的一种飞机前轮转弯控制系统，其特征在于：所述机电作动器包括与所述电机驱动单元连接的电动机（1）和与所述EMA控制器连接的离合器（2），所述电动机（1）与所述离合器（2）连接，所述离合器（2）还连接有减速器（3），所述减速器（3）连接有输出齿轮，所述输出齿轮与飞机前起落架套筒上的转弯机构（5）传动连接，所述转弯机构（5）上安装有与所述EMA控制器连接的角度传感器（4），所述机电作动器还包括减摆器（6），所述减摆器（6）与所述减速器（3）连接，并与所述EMA控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种飞机前轮转弯控制系统，其特征在于：所述机电作动器还包括用于向所述减摆器（6）中补充油液的补偿器。

4.根据权利要求3所述的一种飞机前轮转弯控制系统，其特征在于：所述EMA控制器与电机驱动单元之间连接有光电隔离电路。

5.根据权利要求4所述的一种飞机前轮转弯控制系统，其特征在于：所述转弯机构（5）为蜗轮蜗杆机构或滚珠丝杠机构。

6.根据权利要求5所述的一种飞机前轮转弯控制系统，其特征在于：所述机电作动器上固定安装有用于包裹所述输出齿轮与所述转弯机构的齿轮罩，所述飞机前起落架支柱上还设有与所述齿轮罩卡接的卡槽。

7.根据权利要求2-6中任意一项所述的一种飞机前轮转弯控制系统，其特征在于：所述电动机（1）为无刷直流电机。