摘 要：現(xiàn)代飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)大多采用電傳操控-液壓作動(dòng)的方式，為飛機(jī)在地面提供轉(zhuǎn)彎能力，而提供轉(zhuǎn)向能力的器件一般為轉(zhuǎn)彎腳蹬和轉(zhuǎn)彎手輪。通過對(duì)典型民機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)中轉(zhuǎn)彎腳蹬指令和轉(zhuǎn)彎手輪指令相互關(guān)系的設(shè)計(jì)分析，可以為民機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：前輪轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng) 電傳操縱 轉(zhuǎn)彎指令 轉(zhuǎn)彎腳蹬 轉(zhuǎn)彎手輪

中圖分類號(hào)：V22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）05（c）-0062-02

某型飛機(jī)在側(cè)風(fēng)低速滑行時(shí)，飛行員使用轉(zhuǎn)彎腳蹬控制方向，在使用轉(zhuǎn)彎手輪進(jìn)行接管時(shí)，出現(xiàn)機(jī)輪回中，轉(zhuǎn)彎不平滑的現(xiàn)象。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，引起機(jī)輪回中，轉(zhuǎn)彎不平滑的原因?yàn)樵撔惋w機(jī)轉(zhuǎn)彎手輪超控腳蹬指令，轉(zhuǎn)彎手輪指令與轉(zhuǎn)彎腳蹬指令不疊加，造成手輪接管時(shí)，轉(zhuǎn)彎控制組件接收手輪的指令而使機(jī)輪回中的現(xiàn)象。由于電傳操縱系統(tǒng)在穩(wěn)定性、操縱性以及響應(yīng)性的優(yōu)勢(shì)，大多數(shù)民航飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)都采用電傳操縱系統(tǒng)。該文針對(duì)電傳控制的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎腳蹬指令和轉(zhuǎn)彎手輪指令相互關(guān)系進(jìn)行了分析，希望能為國(guó)內(nèi)民機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上提供技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)原理分析

目前民機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)采用數(shù)字式電傳轉(zhuǎn)彎技術(shù)，由轉(zhuǎn)彎手輪、轉(zhuǎn)彎控制組件SCU、轉(zhuǎn)彎控制閥、轉(zhuǎn)彎位移傳感器、齒輪齒條機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)彎解除開關(guān)等組成，具有電控轉(zhuǎn)彎、減擺及轉(zhuǎn)彎解除等功能[1]。某型飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)腳蹬指令與手輪指令關(guān)系，如圖1所示。

某型飛機(jī)轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)需求定義中，SCU控制通道處理的指令由手輪指令或腳蹬指令生成。手輪轉(zhuǎn)彎優(yōu)先于腳蹬轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎手輪可超控腳蹬。手輪指令與腳蹬指令不疊加。僅轉(zhuǎn)彎腳蹬指令輸出時(shí)，轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)執(zhí)行腳蹬指令輸出，僅轉(zhuǎn)彎手輪指令輸出時(shí)，轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)執(zhí)行轉(zhuǎn)彎手輪指令輸出，當(dāng)轉(zhuǎn)彎腳蹬指令+轉(zhuǎn)彎手輪指令輸出時(shí)，手輪指令優(yōu)先于腳蹬指令，轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)執(zhí)行手輪指令輸出。

1.1 手輪轉(zhuǎn)彎

當(dāng)機(jī)輪速度小于20 kt時(shí)，前輪最大轉(zhuǎn)彎角度為±66°，當(dāng)機(jī)輪速度大于40 kt時(shí)，前輪最大轉(zhuǎn)彎角度為±8°，最大轉(zhuǎn)彎角度與機(jī)輪速度關(guān)系如圖2所示。

當(dāng)機(jī)輪小于20 kt，前輪偏轉(zhuǎn)角度是手輪偏轉(zhuǎn)角度的函數(shù)而不是線性關(guān)系，如圖3所示。

1.2 腳蹬轉(zhuǎn)彎

飛機(jī)共有兩套腳蹬，分別安裝在左飛行員座椅和右飛行員座椅前方。在高速滑行階段，腳蹬轉(zhuǎn)彎可進(jìn)行小角度糾偏，并且腳蹬轉(zhuǎn)彎最大角度不受機(jī)輪速度限制。前輪的偏轉(zhuǎn)角度與方向舵腳蹬行程成線性關(guān)系，轉(zhuǎn)彎腳蹬為±8.4°時(shí)，對(duì)應(yīng)前輪的最大偏轉(zhuǎn)角度為±8°。

2 計(jì)算分析

按照第2章節(jié)的介紹，下文將考慮最嚴(yán)酷的情況，即轉(zhuǎn)彎腳蹬滿偏后，轉(zhuǎn)彎手輪接管時(shí)的飛機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，以說明是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

2.1 分析假設(shè)

為簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，以下分析基于如下假設(shè)：（1）雙發(fā)正常工作；（2）飛機(jī)勻速；（3）未使用差動(dòng)剎車；（4）不考慮飛機(jī)航向偏轉(zhuǎn)角；（5）故障狀態(tài)為瞬時(shí)。

2.2 分析參數(shù)

（1）前機(jī)輪至主機(jī)輪長(zhǎng)度L=14.9 m；（2）主輪間距B=4.6 m；（3）飛行員反映時(shí)間T=1 s。

經(jīng)過建模分析，考慮最嚴(yán)酷的情況結(jié)果如表1所示。

由計(jì)算可知，飛機(jī)速度越大，橫向偏轉(zhuǎn)距離越大，感覺越明顯。建議飛行員高速滑行時(shí)使用腳蹬來控制方向，飛機(jī)輪速低于20節(jié)并且需要大角度轉(zhuǎn)彎時(shí)使用手輪來控制方向。下面列舉不同速度下的飛機(jī)軌跡差異的簡(jiǎn)化模型。

2.3 空速40節(jié)（腳蹬8°），飛機(jī)航跡差異

由圖4可知，在1 s后，飛機(jī)在轉(zhuǎn)彎腳蹬滿偏，轉(zhuǎn)彎手輪介入后，飛機(jī)偏離預(yù)定軌跡2.861 m。

2.4 空速20節(jié)（腳蹬8°），飛機(jī)航跡差異

由圖5可知，在1 s后，飛機(jī)在轉(zhuǎn)彎腳蹬滿偏，轉(zhuǎn)彎手輪介入后，飛機(jī)偏離預(yù)定軌跡1.431 m。

3 運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

飛行員在使用轉(zhuǎn)彎腳蹬，手輪介入時(shí)，機(jī)輪出現(xiàn)回中，如果發(fā)現(xiàn)飛機(jī)橫向偏移量較大，可通過差動(dòng)剎車來控制飛機(jī)航向，增加飛行員的工作負(fù)擔(dān)。

4 現(xiàn)役主流機(jī)型相關(guān)設(shè)計(jì)情況

4.1 A320飛機(jī)

A320轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)手輪指令與腳蹬指令相互疊加，轉(zhuǎn)彎手輪上安裝有踏板解除開關(guān)。

4.2 B737飛機(jī)

B737前輪系統(tǒng)中手輪與腳蹬由各自的鋼索進(jìn)行控制，手輪優(yōu)先，手輪指令與腳蹬指令不疊加。但是，當(dāng)使用腳蹬轉(zhuǎn)彎并同時(shí)操作手輪時(shí)，手輪鋼索直接作用扇形輪，并將腳蹬機(jī)構(gòu)脫開，連接過程平滑無突變[2]。

4.3 ERJ190-100飛機(jī)

ERJ190-100前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)手輪超控腳蹬，手輪指令與腳蹬指令不疊加，手輪優(yōu)先。

4.4 總結(jié)

上述機(jī)型轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)手輪指令與腳蹬指令之間的關(guān)系見表2。

由上述可知，為防止手輪接管腳蹬時(shí)出現(xiàn)機(jī)輪回中現(xiàn)象，A320飛機(jī)采用手輪指令和腳蹬指令代數(shù)疊加的方式來避免，B737-800飛機(jī)通過特有的鋼索形式來解決角度突變問題。

5 結(jié)語

通過該文分析，目前現(xiàn)役飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的設(shè)計(jì)傾向于轉(zhuǎn)彎手輪指令與轉(zhuǎn)彎腳蹬代數(shù)疊加的指令輸出方式，這樣的設(shè)計(jì)可以避免前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)在腳蹬轉(zhuǎn)彎與手輪轉(zhuǎn)彎之間切換時(shí)帶來的角度突變問題，銜接平滑，并且轉(zhuǎn)彎指令疊加的設(shè)計(jì)考慮了人機(jī)工效問題，對(duì)于飛行操縱方面有著較好的優(yōu)勢(shì)，比較容易被大多數(shù)飛行員所接受，將會(huì)成為后續(xù)設(shè)計(jì)機(jī)型關(guān)于轉(zhuǎn)彎指令設(shè)計(jì)的首選方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏語冰，鐘科林，姜逸民.民用飛機(jī)轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)研究[J].科技資訊，2010（32）：2-3.

[2] 鞠紅超.波音737-300型飛機(jī)與A320系列飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎控制原理的比較分析[J].航空維修與工程，2011（2）：63-65.