王斐然

(中國(guó)東方航空昆明維修基地航線部航線三車(chē)間,云南 昆明 650200)

飛機(jī)自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)的控制原理、組成部件和故障排除研究
——以B737-700機(jī)型為例

王斐然

(中國(guó)東方航空昆明維修基地航線部航線三車(chē)間,云南 昆明 650200)

飛機(jī)；B737-700；自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)；滑移率；故障

對(duì)B737-700機(jī)型自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)的控制原理、組成部件以及常見(jiàn)的故障和排除方法進(jìn)行論述?？傮w看,B737一700飛機(jī)自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)可靠性比較高,但傳感部分的部件故障偏多,4個(gè)機(jī)輪剎車(chē)組件使用中可能發(fā)生的故障主要有過(guò)熱、卡滯、漏油、振動(dòng)等。在飛機(jī)再次使用前,必須對(duì)其機(jī)輪剎車(chē)組件進(jìn)行定期檢查,且在排除常見(jiàn)的自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)故障時(shí),應(yīng)當(dāng)對(duì)波音的手冊(cè)綜合運(yùn)用并進(jìn)行交叉驗(yàn)證,同時(shí)運(yùn)用自己的判斷力,使故障得到快速、準(zhǔn)確的排除。

一、B737自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)的控制原理

飛機(jī)的自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)(ABS)是對(duì)飛機(jī)起飛、安全著陸有重要影響的功能系統(tǒng),其主要作用是在飛機(jī)起飛、著陸、滑行、轉(zhuǎn)彎過(guò)程中進(jìn)行有效的制動(dòng)和控制,吸收飛機(jī)的滑跑動(dòng)能,使飛機(jī)速度快速降低,達(dá)到縮短滑跑距離的目的。ABS系統(tǒng)有兩種工作模式：著陸模式和起飛模式。飛機(jī)在著陸前若駕駛員選擇了自動(dòng)剎車(chē),則在飛機(jī)落地后ABS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)飛機(jī)的狀況在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)自動(dòng)施加剎車(chē)壓力,按照規(guī)定的檔位對(duì)飛機(jī)進(jìn)行制動(dòng)過(guò)程中的減速率控制,如遇機(jī)輪有打滑傾向時(shí),還會(huì)自動(dòng)進(jìn)行防滑控制,整個(gè)過(guò)程不需要駕駛員的剎車(chē)操作,均由剎車(chē)系統(tǒng)自主控制完成；飛機(jī)在起飛前若駕駛員選擇了自動(dòng)剎車(chē),則在起飛高速滑行過(guò)程中,如遇緊急情況不能起飛時(shí),只要駕駛員緊急收油門(mén),讓發(fā)動(dòng)機(jī)處于慢車(chē)狀態(tài),則ABS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)施加剎車(chē)壓力,在最短的時(shí)間內(nèi)施加剎車(chē)壓力以最大減速率對(duì)飛機(jī)進(jìn)行制動(dòng),如遇機(jī)輪有打滑傾向時(shí),也會(huì)自動(dòng)進(jìn)行防滑控制,整個(gè)中止起飛過(guò)程也不需要駕駛員的剎車(chē)操作,均由ABS系統(tǒng)自主控制完成。相對(duì)于人工剎車(chē),ABS系統(tǒng)能夠以最快的速度和連貫一致的剎車(chē)壓力,提供最大和連貫一致的剎車(chē)壓力,避免駕駛員操縱剎車(chē)滯后、剎車(chē)壓力不足或剎車(chē)前后不一致可能導(dǎo)致的不安全后果,并使飛機(jī)以恒減速率減速,顯著提高乘員和乘客在著陸過(guò)程中的舒適感。

B737自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)制動(dòng)主要依靠的是輪胎和地面間產(chǎn)生的結(jié)合力,即反向摩擦力使飛機(jī)減速。結(jié)合力越大,飛機(jī)剎車(chē)減速就越快,剎車(chē)距離就越短。當(dāng)飛機(jī)剎車(chē)壓力產(chǎn)生的剎車(chē)力矩大于地面結(jié)合力矩(地面結(jié)合力矩是指地面對(duì)飛機(jī)機(jī)輪產(chǎn)生的摩擦力矩),機(jī)輪便會(huì)打滑,剎車(chē)機(jī)輪的速度降低,ABS系統(tǒng)在剎車(chē)壓力控制單元和剎車(chē)力矩調(diào)節(jié)裝置作用下剎車(chē)力矩隨著降低,機(jī)輪打滑解除；機(jī)輪打滑解除后,ABS系統(tǒng)又會(huì)使剎車(chē)壓力按一定規(guī)律上升,重新尋找與地面結(jié)合力矩相適應(yīng)的剎車(chē)力矩。飛機(jī)著陸剎車(chē)過(guò)程中,ABS系統(tǒng)就是這樣周而復(fù)始不斷重復(fù)工作,直到飛機(jī)速度為零。

從理論上講,B737自動(dòng)防滑剎車(chē)控制問(wèn)題的關(guān)鍵是滑移率問(wèn)題。即在飛機(jī)的ABS系統(tǒng)中,防滑剎車(chē)控制方式的核心思想是以機(jī)輪滑移率為控制目標(biāo)。所謂滑移率是指飛機(jī)在剎車(chē)時(shí),機(jī)輪接地點(diǎn)的速度低于飛機(jī)的速度而產(chǎn)生滑移的現(xiàn)象。定義滑移率σ=(V1-V2)/V1·100％,V1為飛機(jī)的平均移動(dòng)速度, V2為剎車(chē)時(shí)機(jī)輪的線速度。飛機(jī)的ABS系統(tǒng)制動(dòng)主要依靠輪胎和地面間產(chǎn)生的結(jié)合力,在飛機(jī)重量一定的情況下,影響結(jié)合力大小的因素稱(chēng)為結(jié)合系數(shù)μ,它反應(yīng)了輪胎與跑道之間摩擦系數(shù)的總體水平。影響μ的因素很多,其中最主要的是滑移率σ,滑移率σ與結(jié)合系數(shù)μ呈非線性關(guān)系,附圖是一個(gè)典型的結(jié)合系數(shù)隨滑移率變化的曲線圖。

附圖 結(jié)合系數(shù)μ與滑移率σ的變化曲線

由附圖可看出,結(jié)合系數(shù)μ最大點(diǎn)處的σF就是最佳滑移率。因此,要達(dá)到最佳的剎車(chē)效率,就必須保證飛機(jī)在整個(gè)剎車(chē)過(guò)程中,輪胎和地面間結(jié)合力最大,即滑移率維持在最佳值σF,這就是最佳滑移率控制方式的主要思想。其控制的物理過(guò)程是：

1.當(dāng)σ＜σF時(shí),結(jié)合系數(shù)未充分利用,增大剎車(chē)壓力,結(jié)合力矩增大,剎車(chē)效率提高。

2.當(dāng)σ＞σF時(shí),剎車(chē)壓力過(guò)大,剎車(chē)力矩大于結(jié)合力矩,輪胎打滑嚴(yán)重,剎車(chē)效率較低。因此應(yīng)減小剎車(chē)壓力,提高結(jié)合系數(shù)利用率和剎車(chē)效率。在飛機(jī)滑跑剎車(chē)過(guò)程中,將不斷重復(fù)上述過(guò)程,使滑移率保持在σF左右,從而獲得最佳剎車(chē)效率?？刂苹坡?是自動(dòng)剎車(chē)的重要功能,也是B737飛機(jī)自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)的核心技術(shù)。

二、B737自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)的組成部件及功能

波音737系列飛機(jī)是美國(guó)波音公司生產(chǎn)的一種中短程雙發(fā)噴氣式客機(jī)。波音737飛機(jī)自投產(chǎn)以來(lái)50余年銷(xiāo)路長(zhǎng)久不衰,成為民航歷史上最成功的窄體客機(jī),至今已發(fā)展出九個(gè)型號(hào)。而B(niǎo)737-700是現(xiàn)有的九個(gè)型號(hào)中較新和最具代表性的機(jī)型,具有系統(tǒng)先進(jìn)、易于維護(hù)、故障率低等特點(diǎn)。B737-700的自動(dòng)防滑剎車(chē)控制系統(tǒng)由操作、控制、傳感、執(zhí)行、指示等部分組成,是一個(gè)涉及部件眾多的復(fù)雜系統(tǒng),主要包含以下部件及功能：

1.防滯/自動(dòng)剎車(chē)控制組件(AACU)：自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的核心部件,它接受自動(dòng)剎車(chē)指令,并將其傳遞到自動(dòng)剎車(chē)壓力控制組件。

2.自動(dòng)剎車(chē)壓力控制組件：自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的執(zhí)行部件,接受AACU的指令并將AACU的指令傳遞到4個(gè)機(jī)輪剎車(chē)組件。

3.控制面板：是人機(jī)交流界面,它選擇自動(dòng)剎車(chē)檔位,自動(dòng)剎車(chē)不預(yù)位(AUTO BRAKE DISARM)燈指示自動(dòng)剎車(chē)因各種原因引起的不預(yù)位狀況。

4.自動(dòng)油門(mén)電門(mén)組件：負(fù)責(zé)提供油門(mén)位置信號(hào),將油門(mén)桿信號(hào)送到AACU。

5.臨近電門(mén)控制組件(PSEU)：提供飛機(jī)的空地信號(hào),供AACU使用。

6.自動(dòng)剎車(chē)往復(fù)活門(mén)壓力電門(mén)(S762和S763)：將自動(dòng)剎車(chē)和正常剎車(chē)隔離,當(dāng)正常剎車(chē)的剎車(chē)壓力達(dá)到一定壓力時(shí),自動(dòng)剎車(chē)即自行解除。

當(dāng)駕駛員設(shè)置駕駛艙內(nèi)自動(dòng)剎車(chē)面板上自動(dòng)剎車(chē)選擇活門(mén)到不同的檔位,選擇的檔位信號(hào)即被送到AACU。當(dāng)同時(shí)滿足以下條件時(shí),自動(dòng)剎車(chē)預(yù)位成功：飛機(jī)在空中；大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)組件(ADIRU)信號(hào)有效；自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)無(wú)故障；正常防滯系統(tǒng)無(wú)故障；正常剎車(chē)計(jì)量壓力低于750psi。如其中的某一個(gè)條件不滿足,則選擇面板上的AUTO BRAKE DISARM燈亮。

三、B737自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)的常見(jiàn)故障及排除方法

飛機(jī)防滑剎車(chē)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的具有不確定性的非線性系統(tǒng),飛機(jī)起落架、機(jī)輪、剎車(chē)裝置以及結(jié)合系數(shù)與滑移率的非線性,輪胎、跑道和剎車(chē)盤(pán)溫度變化的不確定性,都是影響飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)性能的因素。從近幾年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,總體來(lái)說(shuō)B737-700飛機(jī)自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)可靠性比較高,但傳感部分的部件故障偏多。概括起來(lái)可能引起自動(dòng)防滑剎車(chē)故障的原因包括：AACU本身的故障、自動(dòng)剎車(chē)壓力控制組件v122故障、油門(mén)桿不再慢車(chē)位、PSEU(空地信號(hào))不在地面位、速度剎車(chē)手柄不在收回位、ADIRU(慣導(dǎo)數(shù)據(jù))、腳蹬壓力電門(mén)輸出信號(hào)(正常剎車(chē)計(jì)量壓力高于750psi)、停留剎車(chē)關(guān)斷活門(mén)不在開(kāi)位、防滯系統(tǒng)故障等。其中,自動(dòng)剎車(chē)落地解除預(yù)位故障是該機(jī)型最為常見(jiàn)的故障,所有自動(dòng)剎車(chē)預(yù)位條件出現(xiàn)故障均可以造成該故障,而逐個(gè)檢查電門(mén)、線圈的電阻值及其通斷,是排查該故障原因的有效手段。據(jù)統(tǒng)計(jì),自動(dòng)油門(mén)電門(mén)組件和正常剎車(chē)計(jì)量壓力電門(mén)也是兩個(gè)最常見(jiàn)的故障部位。波音公司的調(diào)查也表明,自動(dòng)油門(mén)電門(mén)組件的可靠性是比較差的,該部件的低可靠性還會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)反推等其他系統(tǒng)的正常工作。正常剎車(chē)計(jì)量壓力電門(mén)由于處在一個(gè)壓力波動(dòng)、震動(dòng)較大的環(huán)境,所以其可靠性也不太理想。

另外,B737-700飛機(jī)的4個(gè)機(jī)輪剎車(chē)組件使用中可能發(fā)生的故障主要有過(guò)熱、卡滯、漏油、振動(dòng)等。在飛機(jī)再次使用前,必須對(duì)飛機(jī)機(jī)輪剎車(chē)組件進(jìn)行定期檢查,包括機(jī)上檢查和離機(jī)檢修。機(jī)上檢查是對(duì)機(jī)輪剎車(chē)組件進(jìn)行飛行前例行的檢查,主要檢查以下項(xiàng)目：

1.檢查剎車(chē)盤(pán)磨損情況：隨著剎車(chē)使用次數(shù)的增多,剎車(chē)盤(pán)摩擦材料的磨損會(huì)逐漸增大。為了便于直觀檢查,盤(pán)式剎車(chē)裝置都設(shè)有剎車(chē)片磨損指示桿。剎車(chē)狀態(tài)下,當(dāng)指示桿的伸出長(zhǎng)度達(dá)到指定位置,即指示桿端頭與汽缸座凸臺(tái)平齊時(shí),說(shuō)明剎車(chē)盤(pán)磨損到極限。

2.檢查剎車(chē)裝置內(nèi)是否有空氣：剎車(chē)裝置或系統(tǒng)內(nèi)若存有空氣,將導(dǎo)致剎車(chē)疲軟,剎車(chē)效率低下,此時(shí)必須排除空氣。

3.檢查系統(tǒng)密封性：向剎車(chē)裝置施加規(guī)定的剎車(chē)壓力,在此壓力下保持規(guī)定的時(shí)間,檢查剎車(chē)裝置和系統(tǒng)是否存在泄漏。

4.檢查螺栓力矩：在飛機(jī)著陸過(guò)程中,起落架受到地畫(huà)劇烈的沖擊負(fù)荷的作用,剎車(chē)裝置上的緊固件可能松動(dòng),從而會(huì)加速剎車(chē)組件系統(tǒng)的磨損或損壞。此時(shí)必須用校驗(yàn)好的力矩扳手檢查力矩值。

離機(jī)檢修是對(duì)剎車(chē)裝置進(jìn)行的一次全面檢查和修理,目的是最大限度恢復(fù)產(chǎn)品性能,延長(zhǎng)其使用壽命,提高經(jīng)濟(jì)效益。每當(dāng)飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)發(fā)生故障或每?jī)纱胃鼡Q飛機(jī)剎車(chē)組件時(shí)都應(yīng)進(jìn)行這種檢修。對(duì)B737-700飛機(jī)的4個(gè)機(jī)輪剎車(chē)組件進(jìn)行離機(jī)檢修包括分解、清洗、檢查、修理、裝配和試驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)。離機(jī)檢修的目的是保證機(jī)輪剎車(chē)組件的性能必須滿足適航的標(biāo)準(zhǔn),任何一項(xiàng)達(dá)不到適航標(biāo)準(zhǔn)都認(rèn)定為不合格,必須進(jìn)行維修或更換。

四、結(jié) 論

1.在B737-700飛機(jī)的整個(gè)剎車(chē)過(guò)程中,機(jī)輪與跑道間的結(jié)合系數(shù)存在著一個(gè)最大值,它對(duì)應(yīng)的滑移率為最佳滑移率.自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是要在整個(gè)剎車(chē)過(guò)程中使實(shí)際滑移率跟蹤最佳滑移率,從而一方面防止打滑,另一方面產(chǎn)生最大結(jié)合系數(shù),獲得最佳剎車(chē)效果。

2.B737-700的自動(dòng)防滑剎車(chē)控制系統(tǒng)由操作、控制、傳感、執(zhí)行、指示等部分組成,是一個(gè)涉及部件眾多的復(fù)雜系統(tǒng)。在排除常見(jiàn)的自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)故障時(shí),應(yīng)當(dāng)對(duì)波音的手冊(cè)綜合運(yùn)用,在幾本手冊(cè)中交叉驗(yàn)證,同時(shí)運(yùn)用自己的判斷力,使故障得到快速、準(zhǔn)確的排除。

3.從近幾年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,總體來(lái)說(shuō)B737一700飛機(jī)自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)可靠性比較高,但傳感部分的部件故障偏多,可靠性還有待提高。另外,B737-700飛機(jī)的4個(gè)機(jī)輪剎車(chē)組件使用中可能發(fā)生的故障主要有過(guò)熱、卡滯、漏油、振動(dòng)等。在飛機(jī)再次使用前,必須對(duì)其機(jī)輪剎車(chē)組件進(jìn)行定期檢查,包括機(jī)上檢查和離機(jī)檢修。離機(jī)檢修包括分解、清洗、檢查、修理、裝配和試驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)。

4.波音系列飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的工作原理和部件功能基本相同或相似,如果掌握了B737-700機(jī)型的自動(dòng)防滑剎車(chē)系統(tǒng)就可以很方便地維護(hù)其他機(jī)型。

［1］B737-600/700/800＜＜AIR CRAFT MAINTENANCE M ANUAL＞＞,Jun 15/2011.

［2］B737-600/700/800＜＜FAULT ISOLATI0N MANUAL＞＞,Jun l5/2011.

［3］B737-600/700/800＜＜SYSTEM SCHEMATIC MANUAL＞＞,Jun 04/2010.

［4］黃偉明.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一模糊控制飛機(jī)防滑剎車(chē)系統(tǒng)［D］.北京：北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院,2000.

［5］薛灝.B737-700飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)故障分析［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2011(33)：54.

［6］孫川.B737一NG飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)原理及故障分析［J］.自動(dòng)化應(yīng)用,2012(3)：34-38.

［7］宋靜波.飛機(jī)構(gòu)造基礎(chǔ)［M］.北京：航空工業(yè)出版社,2011.

［8］田廣來(lái).飛機(jī)防滑剎車(chē)系統(tǒng)的最佳滑移率式控制方法研究［J］.航空學(xué)報(bào),2005,26(4)：461-464.

The Control Principle,Components and Troubleshooting of the Anti-Skid Braking System of AircraftB737-700

WANG Feiran
(Workshop3,Airliners Section,Kunming MaintenanceBase,China Eastern Airlines,Kunming,Yunnan 650200)

planes；B737-700；Automatic anti-skid braking system；slip rate；fault

The paper discusses the control principle,constituent elements of the automatic anti-skid braking system of Aircraft B737-700 and its common faults and elimination method.On the whole,the system is reliable with most failures occurring on its sensing part.The common faults of the braking components of the four airplane wheels are overheating, binding,oil leakage and vibration.Therefore,the braking component must be checked regularly before the plane is used.In eliminating the common faults of the automatic anti-skid braking system,the integrated use of Boeing's manual and cross validation should be conducted to make a fast and accurate judgment.

王斐然,碩士,研究方向：飛機(jī)檢修與維護(hù)。

V227.5

A

1009-9506(2015)12-0061-04

2015年10月9日