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航空机轮制动仿真系统

日期:2017/7/16

航空机轮制动仿真系统

系统概述

        航空制动系统是飞机的重要组成部分,具有很强的时变性和非线性特征。主要作用是实现飞行器着陆滑跑或RTO(Reject Take Off

中止起飞)情况下安全、可靠、平稳、高效地制动,并保证飞机一定的方向操纵性。一般包括正常制动系统(包括自动刹车)、备份刹车

系统和应急/停留刹车系统等。常见的制动系统一般是由轮速传感器、刹车指令传感器、(自动刹车选择器)、防滑刹车控制单元、电液伺

服阀、液压保险、梭形阀SHV、压力传感器、机轮和刹车装置等组成。

系统功能

        仿真系统是由防滑制动控制单元根据飞行员刹车指令信号通过刹车踏板传感器或自动刹车选择器获得的要求输出相应的刹车压力;

同时监测机轮速度信号,计算飞机参考速度,并根据机轮速度信号的变化,来判断机轮打滑状态,计算出防滑信号,来调节刹车压力的输

出,以解除机轮抱死现象,使其恢复正常滚转状态。从而实现飞机安全平稳高效的制动。飞机刹车制动主要依靠刹车时轮胎和地面所提供

摩擦力(也称结合力),将飞机动能转换为刹车装置(刹车盘)的热能而消耗掉,同时也防止轮胎过度磨损或“爆胎”发生,从而实现飞

机安全制动。这种摩擦力又随轮胎载荷、滑移率和跑道状态呈非线性关系变化。

        我们设计开发的防滑制动半实物仿真试验平台既能实现制动系统的全数字式仿真,又能实现半物理仿真。 并全面模拟飞机各种着

陆状态(多轮、单论、对称、非对称、变载荷、侧风、干、湿、积水、雪等)下的飞机制动情况,

并具备以下试验功能:

     1) 单个产品的输入输出关系仿真验证;

     2) 单个产品的结构原理及设计参数仿真验证;

     3) 刹车控制单元的控制律设计仿真验证;

     4) 液压及全电刹车系统的功能及性能仿真验证(包括全数字及半物理仿真试验);

     5) 系统及附件产品的故障/安全模拟仿真验证

     6) 数据记录、存储、处理系统及实时场景显示;

     7) 能够进行飞机两(或六)自由度的状态仿真;

     8) 能够模拟驾驶员操作

        仿真试验台系统可用于模拟飞机防滑刹车系统的实际工作状况,实现对飞机运动及动力过程、跑道状况、起落架力学特性以及刹

车装置的压力/力矩特性等因素的软件实时仿真。以刹车有关附件为实物,其余部分可以是硬件也可以是软件,进行大系统的综合仿真试

验。飞机制动系统半物理仿真试验实现飞机在各类环境下起飞和着陆的模拟仿真,为产品的设计、改进以及参数的优化设计提供理论和

试验依据。制动系统的半物理仿真试验台由系统物理实物部分、测控部分、仿真控制部分及座舱模拟部分等组成。

系统主要组成部分

        创建各子系统的仿真模型:

物理实物部分:

        该部分包括:刹车控制单元、液压/全电模拟系统、视景部分等;液压模拟部分主要是模拟使用传统液压为操作动力的飞机制动系

统等相关部分;全电模拟系统为新型飞机而设计的,主要包括全电作动机构、反馈传感器、刹车装置等。

测控部分:

        整个试验进行的关键环节,负责系统各个输入输出接口的采集、处理、运算,现实、模型的建立、解算、控制、修正等。

仿真控制部分:

        主要由仿真计算机和控制软件构成。负责飞机制动系统的建模与配置,软件的实时仿真与调试。并可以脱离实物部分,进行系统的

数字仿真。

模拟操作部分:

        由制动操作、监控显示、刹车控制等部分组成。制动操作部分是模拟飞行员进行刹车实际操作的子系统,将飞行员的脚蹬刹车转为

相应液压减压式控制压力信号,或相应比例的电控信号。监控显示部分是监控系统的各部分状态,并形象展现在观众面前。刹车控制部分主

要模拟座舱内相关的刹车控制及液压系统远程控制等。

系统特性与优势

        目前国内外的相关研究机构和单位在航空制动仿真系统中利用基于实时操作系统的多处理器并行计算机对航空制动系统的稳态和

动态特性进行仿真计算的应用已很广泛。针对某一种已经存在或还在研制的制动系统,可以编制一套包括各子系统稳态和动态过程在内的

计算机程序,当给定一组输入参数后,通过程序计算可以得到制动系统及附件的动态参数和性能参数,与实物制动系统在试验厂房里进行

样机操作十分接近,还可以大大降低极限条件和特殊变量下全实物试验的风险并保护投资。

本试验系统在以下研发及优化设计中可提高团队工作效率:

        1、研究轮胎的结构特性、跑道条件、制动装置动态特性、缓冲器的结构特性等对防滑刹车系统控制律的影响和相互关系,检验新

的刹车控制算法。

        2、研究如何避免刹车与起落架抖动的相互影响:根据起落架支柱的刚度、机轮转速、滚动半径、振动周期和防滑刹车系统设定的

打滑量与刹车力矩之间的定量关系,从整体上避免制动器动盘与静盘间的摩擦诱发主起落架的“走步”与刹车“啸叫”现象发生。

        3、如何提高各种工况下飞机防滑刹车效率和结构、运动功能等机构可靠性问题,实现刹车系统参数的优化设计。

        4、研究试验不同刹车材料对刹车过程的影响,要求从高速到低速过程中,力矩变化较小且过度平滑。

        5、对元件级、组件级、系统级刹车故障通过结合计算机半物理仿真模拟的方式进行定量与定性的评估分析。

        根据实际需求情况设计实施的航空制动半实物仿真系统以高性能实时仿真计算机为核心, 配备其他仿真和实物设备, 可以提供飞机

刹车系统的设计、开发、测试及半物理仿真试验,以及制动系统本体的硬件在回路(HIL: Hardware In the Loop)仿真测试、传感器信号

仿真以及起落架、刹车、机轮/跑道等数字建模环境的功能,应用半物理仿真方式,仿真条件更接近于实际情况,更能正确地对设计出的控制

器性能进行检验和调试,有利于开发新型控制率和算法,减少现场调试。通过实际仿真试验证明,半物理仿真可以缩短研制周期、降低研制

成木、提高研制效率,满足飞机制动及附件单元仿真控制系统参数优化、模型验证和运行试验结果预测的仿真需要。

 

 

所属类别: 电子系统仿真

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