費(fèi)思聰

摘 要：在目前運(yùn)營(yíng)的大型民用飛機(jī)上，例如波音737，空客A320，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)已經(jīng)成為必不可少的系統(tǒng)，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)在航線(xiàn)上受到了廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)可以有效縮短剎車(chē)停止距離，提供平穩(wěn)的減速，提高乘客的舒適性，并且大大減少了飛行員在起飛著陸階段的工作負(fù)擔(dān)，因而深受民機(jī)飛行員的喜愛(ài)。該文簡(jiǎn)述了民用飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的典型架構(gòu)及其工作方式，簡(jiǎn)析了自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及著陸和中止起飛的運(yùn)行邏輯，說(shuō)明了自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的驗(yàn)證方法。

關(guān)鍵詞：剎車(chē)系統(tǒng)自動(dòng)剎車(chē) 運(yùn)行邏輯 民用飛機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0120-03

Abstract：Autobrake System is an essential part of the large civil aircraft.Autobrake system could decrease the brake distance， provide smooth deceleration，and increase passenger comfort.This Paper describes the architecture of civil aircraft Autobrake System，briefly introduces the design requirements and operating logic of Autobrake System，and describes the verification methods.

Key Words：Brake System；Autobrake；Operating Logic；Civil Aircraft

飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)在飛機(jī)起飛和著陸過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，隨著航空工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，剎車(chē)系統(tǒng)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，自動(dòng)剎車(chē)技術(shù)也成為了研究熱點(diǎn)，現(xiàn)如今幾乎所有的民用飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)都設(shè)置有自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)[1]。自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)為飛行員在著陸或者起飛過(guò)程中提供了自動(dòng)剎車(chē)控制的選擇，對(duì)于民用飛機(jī)來(lái)說(shuō)，設(shè)置自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)已成一種趨勢(shì)，它對(duì)縮短地面剎車(chē)距離，提高安全性；減少飛行員的工作負(fù)擔(dān)；剎車(chē)平穩(wěn)、提高乘客舒適性等都有很多好處。在傳統(tǒng)的自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，空客公司研發(fā)出了BTV（Brake to Vacate）技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用使自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)更為智能，可以自動(dòng)地調(diào)整剎車(chē)減速率，并提供在不同跑道下剎車(chē)距離的指示。目前國(guó)內(nèi)的民機(jī)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)技術(shù)處于初級(jí)階段，仍需進(jìn)一步的研究。

1 概述

自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)是在飛機(jī)著陸或者中止起飛過(guò)程中，一種無(wú)需操縱即可實(shí)施飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)減速的系統(tǒng)。自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)根據(jù)其系統(tǒng)輸入進(jìn)行自動(dòng)剎車(chē)控制和剎車(chē)壓力施加，按照預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)減速率進(jìn)行減速。

（1）飛機(jī)著陸過(guò)程中，飛行員在空中設(shè)定自動(dòng)剎車(chē)的減速率等級(jí)，當(dāng)飛機(jī)滿(mǎn)足自動(dòng)剎車(chē)邏輯條件時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)迅速施加剎車(chē)壓力，以所選擇的減速率剎停飛機(jī)。

（2）飛機(jī)起飛高速滑跑時(shí)，飛行員在起飛前設(shè)定中止起飛，當(dāng)飛機(jī)滿(mǎn)足中止起飛剎車(chē)邏輯條件時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)迅速施加滿(mǎn)剎車(chē)，在有效范圍內(nèi)剎停飛機(jī)。

一種典型的自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)，ABS（自動(dòng)剎車(chē)）電子控制單元，ABS液壓模塊（包含切斷閥和伺服控制閥）和梭閥[2]。同時(shí)該系統(tǒng)需要外部系統(tǒng)的輸入，例如地面擾流板狀態(tài)，機(jī)輪速度信息，防滑系統(tǒng)信息，油門(mén)桿狀態(tài)，飛機(jī)地面加速度信息，剎車(chē)腳蹬行程信息以及飛機(jī)輪載信號(hào)等等。以飛機(jī)著陸為例來(lái)說(shuō)明自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)工作：飛行員在著陸前，通過(guò)自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置減速率，ABS電子控制單元判斷自動(dòng)剎車(chē)預(yù)位條件，當(dāng)外部輸入滿(mǎn)足預(yù)位邏輯時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)設(shè)置成功，駕駛艙自動(dòng)剎車(chē)指示燈點(diǎn)亮。在飛機(jī)著陸觸地后，ABS電子控制單元判斷外部輸入，當(dāng)滿(mǎn)足執(zhí)行邏輯時(shí)，ABS液壓模塊中的切斷閥打開(kāi)，伺服控制閥工作，剎車(chē)裝置施加剎車(chē)壓力，ABS電子控制單元閉環(huán)控制伺服控制閥，保證飛機(jī)按選擇的減速率實(shí)施剎車(chē)。一旦ABS電子控制單元檢測(cè)到外部輸入符合解除邏輯，立即控制切斷閥關(guān)閉，伺服控制閥停止工作，駕駛艙自動(dòng)剎車(chē)指示燈熄滅，自動(dòng)剎車(chē)解除。

2 設(shè)計(jì)要求和運(yùn)行邏輯

2.1 自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)一般應(yīng)滿(mǎn)足下列設(shè)計(jì)要求

（1）自動(dòng)剎車(chē)由飛行員在地面（起飛前）或者空中（著陸前）進(jìn)行設(shè)定，且在著陸或者中止起飛過(guò)程中，對(duì)所有剎車(chē)機(jī)輪自動(dòng)施加剎車(chē)壓力，無(wú)需使用飛行員人工操作；

（2）自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)所有的剎車(chē)裝置實(shí)施同等的剎車(chē)壓力；

（3）飛機(jī)著陸后，自動(dòng)剎車(chē)應(yīng)能按照運(yùn)行邏輯條件，以所選擇的減速率迅速施加剎車(chē)壓力，控制飛機(jī)平穩(wěn)減速，且能完全剎停飛機(jī)；

（4）自動(dòng)剎車(chē)應(yīng)能補(bǔ)償擾流板、發(fā)動(dòng)機(jī)反推和氣動(dòng)阻力等因素引起的減速率變化；

（5）飛機(jī)起飛高速滑跑，滿(mǎn)足自動(dòng)剎車(chē)邏輯，自動(dòng)剎車(chē)應(yīng)能迅速施加滿(mǎn)剎車(chē)，且能在有效范圍內(nèi)剎停飛機(jī)；

（6）剎車(chē)系統(tǒng)工作正常時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)才能工作，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)應(yīng)與防滑系統(tǒng)兼容；

（7）自動(dòng)剎車(chē)減速的調(diào)節(jié)應(yīng)保持平穩(wěn)確保乘客的舒適性；

（8）人工剎車(chē)可以超控自動(dòng)剎車(chē)；

（9）滿(mǎn)足相應(yīng)邏輯時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)解除。

為了滿(mǎn)足以上設(shè)計(jì)要求，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂七壿嫞@些邏輯分為著陸過(guò)程運(yùn)行邏輯和中止起飛過(guò)程運(yùn)行邏輯，兩種邏輯分別按照預(yù)位，執(zhí)行和解除來(lái)分析。

2.2 著陸過(guò)程運(yùn)行邏輯

2.2.1 預(yù)位

自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)閉鎖在選擇的著陸減速率檔位（例如：低、中、高），必須滿(mǎn)足下列全部條件。

（1） 手動(dòng)設(shè)置自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)減速率；

（2） 無(wú)解除情況出現(xiàn)。

當(dāng)自動(dòng)剎車(chē)預(yù)位后，自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)保持在所選的檔位，自動(dòng)剎車(chē)指示應(yīng)顯示當(dāng)前自動(dòng)剎車(chē)預(yù)位狀態(tài)直到自動(dòng)剎車(chē)解除。當(dāng)解除條件出現(xiàn)或者自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)人工旋轉(zhuǎn)到解除檔位（DISARM）時(shí)，有自動(dòng)剎車(chē)解除提示。

2.2.2 執(zhí)行

自動(dòng)剎車(chē)處于待命狀態(tài)后，必須滿(mǎn)足下列全部條件，才能按照選擇的減速率等級(jí)迅速平穩(wěn)地連續(xù)施加自動(dòng)剎車(chē)，直到解除條件出現(xiàn)或者自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)人工旋轉(zhuǎn)到解除檔位。

（1）所有油門(mén)桿處于慢車(chē)位置；

（2）飛機(jī)處于地面狀態(tài)（輪載信號(hào)指示地面狀態(tài)）；

（3）機(jī)輪充分起轉(zhuǎn)（防止抱死），飛機(jī)輪速傳感器檢測(cè)輪速信號(hào)達(dá)到一定速度；

2.2.3 解除

當(dāng)滿(mǎn)足下列任一條件時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)必須迅速平穩(wěn)地解除。

（1） 任一剎車(chē)腳蹬行程大于預(yù)先設(shè)定的著陸狀態(tài)下自動(dòng)剎車(chē)調(diào)定的空行程，例如20%腳蹬行程（人工超控自動(dòng)剎車(chē)）；

（2）當(dāng)飛機(jī)接地后，任一發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)桿移動(dòng)到非慢車(chē)位置；

（3）地面擾流板回收（擾流板已經(jīng)展開(kāi)后）；

（4）自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)出現(xiàn)故障（例如飛機(jī)的減速率低于所選擇的自動(dòng)剎車(chē)減速率，而自動(dòng)剎車(chē)無(wú)法施加剎車(chē)壓力）；

（5）防滑系統(tǒng)關(guān)閉或者出現(xiàn)故障；

（6）自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)人工旋轉(zhuǎn)到解除檔位。

當(dāng)自動(dòng)剎車(chē)解除后，剎車(chē)壓力應(yīng)及時(shí)解除，自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)為非閉鎖狀態(tài)，并且回到解除檔位。

2.3 中止起飛（RTO）過(guò)程運(yùn)行邏輯

2.3.1 預(yù)位

自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)閉鎖在中止起飛（RTO）檔位，必須滿(mǎn)足下列全部條件。

（1）人工設(shè)置自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)至中止起飛檔位；

（2）飛機(jī)處于地面狀態(tài)；

（3）自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)無(wú)故障；

（4）防滑系統(tǒng)處于工作狀態(tài)并且無(wú)故障；

（5） 機(jī)輪速度應(yīng)小于預(yù)定值（保證飛機(jī)處于停止或者低速滑行狀態(tài)）。

當(dāng)自動(dòng)剎車(chē)預(yù)位后，自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)保持在中止起飛檔位，當(dāng)解除條件出現(xiàn)或者自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)人工旋轉(zhuǎn)到解除檔位時(shí)，有自動(dòng)剎車(chē)解除提示。

2.3.2 執(zhí)行

自動(dòng)剎車(chē)處于待命狀態(tài)后，當(dāng)下列條件全部出現(xiàn)時(shí)，迅速施加滿(mǎn)剎車(chē)，并持續(xù)作用，直到解除條件出現(xiàn)或者自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到解除檔位。

（1） 所有的油門(mén)桿處于非慢車(chē)狀態(tài)，飛機(jī)加速使飛機(jī)速度超過(guò)預(yù)先設(shè)定的地面速度閾值（一般為60～100節(jié)）；

（2） 在飛機(jī)達(dá)到預(yù)定的速度閾值之后，所有油門(mén)桿回收到慢車(chē)位。

2.3.3 解除

當(dāng)滿(mǎn)足下列任一條件時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)必須迅速解除。

（1）任一剎車(chē)腳蹬行程大于預(yù)先設(shè)定的中止起飛狀態(tài)下自動(dòng)剎車(chē)調(diào)定的空行程（人工超控自動(dòng)剎車(chē)）；

（2）當(dāng)飛機(jī)處于地面狀態(tài)，自動(dòng)剎車(chē)RTO正在執(zhí)行時(shí)，任一發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)桿移動(dòng)到大于慢車(chē)位置；

（3）地面擾流板回收（擾流板已經(jīng)展開(kāi)后）；

（4）自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)出現(xiàn)故障（例如無(wú)法施加滿(mǎn)剎車(chē)）；

（5）防滑系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)或者防滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障；

（6）自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)人工旋轉(zhuǎn)到解除檔位；

（7）輪載信號(hào)處于空中狀態(tài)。

當(dāng)自動(dòng)剎車(chē)RTO解除后，自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)為非閉鎖狀態(tài)，并且回到解除檔位，有自動(dòng)剎車(chē)解除提示。

3 系統(tǒng)驗(yàn)證方法

自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)驗(yàn)證一般通過(guò)地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

地面試驗(yàn)一般分為鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)和機(jī)上地面試驗(yàn)，通過(guò)地面試驗(yàn)我們來(lái)驗(yàn)證自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的功能是否符合設(shè)計(jì)要求，在飛機(jī)首飛前確保其功能正常。飛行試驗(yàn)是在地面試驗(yàn)之后針對(duì)不同需求進(jìn)行研發(fā)試飛或者表明符合性試飛，對(duì)飛機(jī)性能以及符合性進(jìn)行驗(yàn)證。

我國(guó)民用飛機(jī)在適航取證時(shí)要根據(jù)CCAR25部向中國(guó)民航總局表明飛機(jī)對(duì)于條款的符合性，對(duì)于自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，要向局方表明符合性的適航條款[3]主要包括以下幾點(diǎn)。

（1）CCAR25.1301（a）（4）：在安裝后功能正常；

（2）Issue Paper M-6 （a）：飛機(jī)的設(shè)備和系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)及安裝成：①那些型號(hào)合格審定或運(yùn)行規(guī)則所要求的，或者其功能不正常將降低安全性的系統(tǒng)或設(shè)備能在飛機(jī)運(yùn)行和環(huán)境條件下執(zhí)行預(yù)定功能；②其它設(shè)備和系統(tǒng)不會(huì)對(duì)飛機(jī)或其乘員，或者對(duì)（a）（1）中所覆蓋系統(tǒng)或設(shè)備的正常工作造成不利的安全性影響；

（3）25.735 （e）（2）： 防滑系統(tǒng)如果安裝了防滑系統(tǒng)：，在所有情況下必須優(yōu)先于自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)；

（4）25.231（a）（1）：機(jī)輪剎車(chē)工作必須柔和，不得引起任何過(guò)度的前翻傾向；

（5）25.735（k）：機(jī)輪和剎車(chē)組件與飛機(jī)及其系統(tǒng)兼容性必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。

根據(jù)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們根據(jù)不同的需求，在不同試驗(yàn)中來(lái)驗(yàn)證整個(gè)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)。我們?cè)阼F鳥(niǎo)試驗(yàn)中驗(yàn)證其功能特性，通過(guò)各種的試驗(yàn)方法，設(shè)置不同工況來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的邏輯是否滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；對(duì)于上述條款中的（1），（2），（3）項(xiàng)，主要是針對(duì)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)功能的條款，我們可以在鐵鳥(niǎo)試驗(yàn)或者機(jī)上地面試驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證，例如通過(guò)防滑解除開(kāi)關(guān)可以手動(dòng)解除自動(dòng)剎車(chē)[4]，可以說(shuō)明25.735（c）（2）對(duì)于（4），（5）項(xiàng)，需要在飛行試驗(yàn)的表明符合性試飛中進(jìn)行驗(yàn)證；針對(duì)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)中的不同減速率，我們則通過(guò)研發(fā)試飛進(jìn)行驗(yàn)證與調(diào)整。

通過(guò)對(duì)整個(gè)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的驗(yàn)證，我們才能確認(rèn)其邏輯是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求，系統(tǒng)功能是否正常，性能是否符合要求，進(jìn)而我們才能將自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)寫(xiě)入飛行員手冊(cè)中供飛行員作為操作依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)作為現(xiàn)代民用飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)的重要組成部分，已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注。在自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)典型構(gòu)架的基礎(chǔ)上，各大主制造商已經(jīng)研發(fā)出了各種架構(gòu)，對(duì)于自動(dòng)剎車(chē)的設(shè)計(jì)也提出了更多的要求。在自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向中，剎車(chē)距離與實(shí)時(shí)跑道的情況是研究熱點(diǎn)，飛機(jī)根據(jù)飛行員設(shè)置的剎車(chē)停止位置來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)剎車(chē)減速率，或者根據(jù)不同跑道的場(chǎng)長(zhǎng)，自動(dòng)計(jì)算出最優(yōu)減速率，使飛機(jī)的安全性與舒適性達(dá)到最優(yōu)的平衡，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)在這些方面還有很大的發(fā)展空間，需要進(jìn)一步深入的研究。

參考文獻(xiàn)

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