宣 東 /

(上海飛機設計研究院，上海201210)

0 引言

某型民機在進行飛行員型別等級測試時，發(fā)現(xiàn)使用備份剎車時缺少剎車壓力顯示，使得剎爆輪胎的概率大大增加，對飛行員的操作技能要求較高。目前，在役商用飛機中僅空客系列飛機安裝了獨立的剎車壓力表，從而大大降低了剎爆輪胎的概率。不增加剎車壓力顯示，飛行員在操縱備份剎車時無法得知實時剎車壓力，但若在設計后期更改會導致成本的增加。如果需要增加壓力顯示，相關技術方案可以有多種，但均會對原有系統(tǒng)帶來影響，需要進行全面分析。本文從設計架構及實用性等方面，對其中最優(yōu)方案進行影響分析。

1 技術背景

增加剎車壓力顯示有三個初步可選方案：

1)采用空客A320的壓力表形式，在駕駛艙加裝液晶顯示儀表顯示剎車壓力。加裝信號線，將四個剎車壓力傳感器信號接到壓力顯示儀表上；

2)將剎車壓力顯示在summary頁面；

3)將剎車壓力直接顯示在EICAS(engine indicationand crew alertsystem，發(fā)動機指示和機組告警系統(tǒng))頁面。

第1)種方案中，需要在駕駛艙內(nèi)增加壓力表、剎車壓力信號采集控制器，這使得駕駛艙布置困難，影響型號設計進度，會大大增加研發(fā)費用。

第2)種方案中，如果飛行員要知道實時剎車壓力，需從EICAS頁面切換至summary頁面，特別是在使用應急剎車這種緊急情況下，這增加了飛行員的工作強度，人機工效差，不利于預防差錯。

第3)種方案中，無需在駕駛艙內(nèi)增加壓力表，直觀地將剎車壓力顯示在EICAS界面上，改動量較小，不增加飛行員的工作強度，能滿足型號設計的進度。

綜上，第3)種方案最優(yōu)，故本文重點分析此方案對飛機的影響。

2 某型民機剎車系統(tǒng)原理

某型民機的正常剎車為數(shù)字式電傳剎車系統(tǒng)，具有人工剎車功能、自動剎車功能、止轉剎車功能、差動剎車功能、防滑保護、接地保護、輪間保護、BIT(built-in test，機內(nèi)自檢測)功能以及與其他系統(tǒng)通訊功能，正常剎車系統(tǒng)由腳蹬位移傳感器、自動剎車選擇開關、切斷閥、剎車控制閥、轉換閥、液壓保險、壓力傳感器、機輪速度傳感器、剎車控制組件(brake control unit，縮寫為BCU)等組成。

人工剎車通過飛行員操縱剎車腳蹬實現(xiàn)，在正、副駕駛員的腳蹬下，分別安裝有剎車腳蹬位移傳感器。剎車時，安裝在剎車腳蹬下的腳蹬位移傳感器感受飛行員的剎車力，輸出與腳蹬力成正比的電信號給剎車控制組件BCU。BCU 首先接通切斷閥，接通液壓油路，然后控制剎車控制閥輸出剎車壓力給剎車裝置，同時機輪速度傳感器也將機輪的轉速信號送給BCU，BCU 通過對比運算，控制輸出到剎車控制閥的電流信號大小，從而控制剎車壓力。調節(jié)剎車控制組件使作用于剎車裝置的剎車壓力與跑道摩擦系數(shù)水平相匹配，從而達到較高的剎車效率[1]。

自動剎車通過操縱自動剎車選擇開關實現(xiàn)，無須踩動剎車腳蹬，在進行自動剎車時，防滑系統(tǒng)繼續(xù)起控制作用。

停機/應急剎車系統(tǒng)是人工操縱、推拉手柄、鋼索傳動、液壓作動的系統(tǒng)，停機剎車和應急剎車的操縱機構和組成部件完全相同，停機或應急剎車時由剎車蓄壓器提供液壓能源。停機/應急剎車壓力與停機/應急剎車手柄的行程成正比。

3 EICAS主頁面顯示剎車壓力方案

3.1 剎車壓力顯示形式

如圖1所示，在EICAS頁面右下角紅色方框圈出的部分，原來顯示的是剎車溫度和航班號信息，現(xiàn)準備移除航班號顯示信息，用來顯示剎車壓力信息。

圖1 EICAS主頁面

在原航班號顯示區(qū)域，顯示左側機輪及右側機輪剎車壓力，如圖2所示。左側壓力信號為左內(nèi)/左外剎車壓力值中的大者，右側壓力信號為右內(nèi)/右外剎車壓力值中的大者。若不滿足邏輯方程，剎車壓力值顯示欄為空，無字符顯示。

圖2 剎車壓力顯示圖

3.2 剎車壓力顯示條件

在正常使用剎車的情況下，不顯示剎車壓力，以避免干擾飛行員的操作，為滿足這一需求，剎車壓力將僅在下列條件下顯示：1)使用停機/應急剎車手柄進行剎車時；2)防滯失效[2]情況下使用剎車時(不管此時是使用腳蹬剎車還是停留剎車手柄)。

邏輯方程將設置如下：

剎車壓力顯示=BCU1報告停留剎車使用+BCU2報告停留剎車使用+(內(nèi)輪防滯失效+外輪防滯失效)*(任一剎車踏板位置>8%)。

若不滿足上述邏輯方程，剎車壓力不顯示(剎車壓力值顯示欄為空，無字符顯示)。

3.3 剎車壓力信號來源及失效概率分析

剎車系統(tǒng)共4個剎車壓力傳感器，每個主機輪上各一個，其失效概率為4E-6/fh(fh，flight hour，飛行小時)。剎車壓力傳感器信號由BCU處理，如圖2中紅色方框所示：BCU1采集處理內(nèi)側機輪剎車壓力傳感器信號，BCU2采集處理外側機輪剎車壓力傳感器信號[3]。BCU的每個剎車壓力信號接口電路的失效概率均為1.34E-7/fh。

剎車控制組件BCU由2個結構相同的控制板組成：內(nèi)輪板BCU1和外輪板BCU2。BCU1控制左內(nèi)輪和右內(nèi)輪的剎車，BCU2控制左外輪和右外輪的剎車。BCU1或BCU2由于內(nèi)部故障不工作，導致無法發(fā)出剎車壓力信號的失效概率為2.94E-6/fh。

BCU由兩套獨立電源供電，BCU1由右直流重要匯流條供電，其供電失效概率為2.81E-6/fh，BCU2由左直流重要匯流條供電，其供電失效概率為1.8E-6/fh。

對事件“喪失左側或右側剎車壓力指示”進行故障樹分析，暫不考慮總線及DCU故障，如圖3所示，其失效概率為1.48E-10/fh。

圖3 故障樹分析圖

3.4 剎車壓力顯示使用情況分析

對于3.2節(jié)中的條件1)，飛行員選擇使用應急剎車主要有下列三種情況：(1)出現(xiàn)“雙套剎車失效”告警，其概率為5.52E-10/fh(由于電源喪失或BCU失效導致告警的概率為27.84E-12/fh)；(2)出現(xiàn)“1#液壓系統(tǒng)壓力低”和“2#液壓系統(tǒng)壓力低”告警，其概率為11.3E-10/fh；(3)出現(xiàn)“一套剎車系統(tǒng)失效”或“1#液壓系統(tǒng)壓力低”或“2#液壓系統(tǒng)壓力低”三個告警其中之一，且著陸能量大于限重時，告警概率為11.43E-5/fh，若假設著陸能量大于限重占所有情況的10%，則飛行員需使用應急剎車的概率為11.43E-6/fh。

對于條件2)，出現(xiàn)“防滯失效”告警的概率為15.8E-6/fh。

綜上，飛行員需要使用到剎車壓力顯示的概率為5.52E-10/fh + 11.3E-10/fh + 11.43E-6/fh + 15.8E-6/fh = 2.7E-5/fh。由于電源喪失或BCU失效，飛行員需要使用剎車壓力顯示，同時剎車壓力顯示失效的概率為27.84E-12/fh。

因此，在飛行員需使用剎車壓力顯示的情況中，顯示失效的情況僅占所有情況的27.84E-12 /(2.7E-5) = 0.0001%?，F(xiàn)有設計充分滿足應用的需要。

4 結論

通過本文分析，某型飛機駕駛艙內(nèi)EICAS主頁面剎車壓力顯示方案技術清晰，具有實現(xiàn)簡單、設計成本低、維修和架構便捷及失效概率低的優(yōu)勢，符合支線客機設計特點及航線使用需求，容易被大多數(shù)飛行員所接受，將會成為后續(xù)機型的首選方案。