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        某型全動模擬機(jī)起落架仿真控制電路改進(jìn)實(shí)現(xiàn)方案

        2021-09-05 23:26:39劉磊凌廣藝
        航空維修與工程 2021年7期
        關(guān)鍵詞:仿真

        劉磊 凌廣藝

        摘要:介紹了某型全動模擬機(jī)起落架仿真系統(tǒng)的組成及工作原理,通過對其控制電路的研究,分析有關(guān)訓(xùn)練科目的實(shí)現(xiàn)過程,為相關(guān)的維護(hù)和研發(fā)工作提供較為高效的解決思路,提高飛行員的訓(xùn)練體驗(yàn)。在保障飛行訓(xùn)練質(zhì)量的同時(shí),結(jié)合多起相關(guān)控制電路故障排除經(jīng)驗(yàn),通過仿真研究、試驗(yàn)測試,提出優(yōu)化改進(jìn)其控制電路的方案。實(shí)施改進(jìn)方案可為今后解決這一類技術(shù)難題提供技術(shù)參考,也為相關(guān)研發(fā)工作提供思路。

        關(guān)鍵詞:模擬機(jī);起落架;控制電路;訓(xùn)練科目;仿真;技術(shù)參考

        Keywords:simulator;landing gear;control circuit;training subjects;simulation;technical reference

        0 引言

        起落架是飛機(jī)起飛、著陸、滑跑、地面移動和停放所必需的支持系統(tǒng),承擔(dān)著飛機(jī)安全運(yùn)行的重要使命,熟練掌握起落架的運(yùn)行原理,對飛行員而言是一項(xiàng)必備技能。作為飛行訓(xùn)練模擬設(shè)備,波音系列機(jī)型全動模擬機(jī)應(yīng)用廣泛,通過研究某型全動模擬機(jī)起落架仿真系統(tǒng)的組成和工作原理知識,提供有效的解決故障的思路,可以極大地提高模擬機(jī)的維護(hù)效率;在滿足模擬機(jī)起落架相關(guān)訓(xùn)練科目需求的同時(shí),也可以根據(jù)訓(xùn)練需求,在后期進(jìn)一步開拓相關(guān)科目的飛行訓(xùn)練,為安全飛行提供有力的后勤保障。

        然而,在長期的使用中,由于頻繁的設(shè)置或取消模擬機(jī)起落架卡阻故障,使得電機(jī)的工作電壓頻繁變化,導(dǎo)致起落架控制電路中的電阻電機(jī)燒毀率大大增加,電路的不穩(wěn)定不僅使訓(xùn)練設(shè)備的可靠性降低,對飛行員的仿真訓(xùn)練科目質(zhì)量也造成極大影響,還產(chǎn)生了大量的人力物力維護(hù)成本。通過簡化起落架仿真系統(tǒng)的控制電路,結(jié)合有關(guān)的電路控制知識和以往的工作經(jīng)驗(yàn),利用Multisim仿真軟件模擬控制電路中串聯(lián)不同電阻的條件,記錄電機(jī)的工作電壓電流的變化情況并進(jìn)行對比,可為提出起落架仿真系統(tǒng)控制電路的優(yōu)化改進(jìn)方案提供有效的理論支持基礎(chǔ),對降低設(shè)備維護(hù)需求,提高訓(xùn)練設(shè)備的可靠性,提升飛行員的模擬訓(xùn)練體驗(yàn)具有重要的意義。

        1 起落架仿真系統(tǒng)組成及工作原理

        1.1 系統(tǒng)硬件組成

        波音系列模擬機(jī)起落架主要由駕駛艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)、模擬機(jī)正下方(900區(qū)域)的LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM及應(yīng)急起落架系統(tǒng)組成(見圖1)。駕駛艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)由起落架指示燈面板、起落架手柄、微動電門、LEVER LOCK SOLENOID組件、鋼索機(jī)構(gòu)組成,如圖2所示。其中,LEVER LOCK SOLENOID組件由一個(gè)活動擋塊以及一個(gè)28V線圈組成;LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM組件由Friction clamp(摩擦力夾子)、Jamming clamp(卡阻夾子)、Potentiometer(位置傳感器)、Spring capsule(彈簧膠囊)、SWITCH S1&S2(微動開關(guān))、LINEAR ACTUATOR(線性作動筒)、Motor(直流電機(jī))、Relay module(繼電器模塊,內(nèi)置有電容)、R2保護(hù)電阻等組成。模擬機(jī)900區(qū)域LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM組件中的位置傳感器內(nèi)部含有起落架UP、DOWN和OFF三個(gè)擋位的微動開關(guān),以保證起落架信號的正常輸出,如圖3所示。

        1.2 工作原理

        波音機(jī)型起落架有三個(gè)擋位,分別為UP、DOWN和OFF位。

        在起落架正常使用的情況下,LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM組件的S2微動開關(guān)一直處于激活狀態(tài),在此基礎(chǔ)上,起落架的控制實(shí)現(xiàn)主要由駕駛艙的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成。通過撥動起落架手柄,觸發(fā)駕駛艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)的微動電門(UP/ DOWN)輸出起落架的其中一組控制信號;撥動手柄的同時(shí),通過傳動鋼索牽引觸發(fā)模擬機(jī)900區(qū)域LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM組件內(nèi)的位置傳感器,輸出另一組相同的起落架控制信號。兩組信號一同傳到后臺主機(jī),再由后臺主機(jī)將面板指示燈信號、DU起落架狀態(tài)信息等傳回駕駛艙,完成起落架的控制。

        此外,當(dāng)飛機(jī)在地面時(shí),由于駕駛艙執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)的線圈將擋塊激活,正常情況下,此時(shí)的起落架手柄只能放到OFF位(收起落架艙門位),起落架無法收到UP位,但是通過起落架手柄上紅色的超控拉鉤,可以實(shí)現(xiàn)起落架手柄的收起。圖4為起落架仿真系統(tǒng)控制原理的工作框圖。

        2 起落架卡阻科目仿真實(shí)現(xiàn)分析

        2.1 起落架卡阻科目的仿真實(shí)現(xiàn)

        在飛行員的起落架卡阻仿真訓(xùn)練科目中,以“Gear level fail in position”為例進(jìn)行說明。

        當(dāng)進(jìn)行起落架卡阻仿真時(shí),主機(jī)通過GPIM板卡的一個(gè)輸出端口發(fā)送28V電壓控制信號,LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM組件的直流電機(jī)工作,使線性作動筒釋放微動開關(guān)S2向下移動,到達(dá)微動開關(guān)S1后,彈簧膠囊?guī)渔i定插銷,卡阻夾子釋放100lbs的力鎖定位置傳感器從而鎖定鋼索,使起落架手柄實(shí)現(xiàn)在任意位置的卡阻。

        當(dāng)需要取消卡阻仿真故障時(shí),主機(jī)通過GPIM板卡的另一個(gè)輸出端口發(fā)送電壓控制信號到繼電器L1,繼電器改變內(nèi)部開關(guān)狀態(tài)使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動,釋放S1開關(guān)從而釋放彈簧膠囊,卡阻夾子的力即取消,線性作動向上移動直到激活S2微動開關(guān),電機(jī)停轉(zhuǎn)。

        2.2 控制電路分析及故障處理思路

        圖5所示為起落架LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM組件的控制電路簡圖。通過GPIM板卡輸入控制電機(jī)工作的電壓信號,電阻R2=2.74Ω,在電路中起限流降壓的保護(hù)作用。實(shí)際的控制電路中使用的是額定電壓電流分別為24.0~28.0V、6.0~8.0A的直流電機(jī)。

        結(jié)合前文介紹仿真卡阻的實(shí)現(xiàn)原理,當(dāng)設(shè)置“Gear level fail in position”訓(xùn)練仿真科目后出現(xiàn)起落架仍能正常收放的故障時(shí),可以從無法實(shí)現(xiàn)卡阻夾子固定位置傳感器的作用筒導(dǎo)致起落架手柄仍可操作方面入手。列出以下較為有效的排故思路。

        1)在S2處測量GPIM卡輸出端28V電壓在設(shè)置卡阻故障時(shí)是否能正常工作,判斷主機(jī)到GPIM卡的控制信號是否正常,如無電壓則進(jìn)行上級線路排故。

        2)如上一步驟1測試正常,則可通過測量電機(jī)兩端的電壓是否正常來判斷繼電器、R1電阻及微動開關(guān)部分電路是否正常,再通過測量電機(jī)內(nèi)阻或更換電機(jī)來確認(rèn)電機(jī)是否正常。圖6為控制電路中使用的2.74OHMS電阻R2的實(shí)物圖。

        3 控制電路的優(yōu)化改進(jìn)

        全動模擬機(jī)在長期的使用過程中,由于頻繁設(shè)置或取消起落架卡阻故障,使得電機(jī)的工作電壓頻繁變化,大大縮短了控制電路的工作壽命。有記錄以來,相關(guān)的電阻電機(jī)燒毀導(dǎo)致訓(xùn)練仿真科目無法實(shí)現(xiàn)的故障多達(dá)十?dāng)?shù)起,這不僅對飛行訓(xùn)練科目的質(zhì)量造成極大影響,而且產(chǎn)生了大量的人力物力維護(hù)成本。因此,研究控制電路并提出對控制電路的改進(jìn)方案意義重大。

        3.1 Multisim仿真試驗(yàn)研究

        通過對原始控制電路(見圖5)的研究分析可知,24~28V額定電壓、6.0~8.0A額定電流的電機(jī)工作電路中,S1、S2限位開關(guān)主要負(fù)責(zé)供電電源的通斷,由繼電器L1控制電機(jī)電流的正反向,使得電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)故障的復(fù)位。由此簡化控制電路得到相同電路特性的電路圖,如圖7所示。圖中電源由一個(gè)振幅為14V的PWM波(頻率50Hz、占空比50%)模擬電源電流的正反向輸入,實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的模擬。其中,通道A監(jiān)控電機(jī)實(shí)時(shí)電壓值,通道B監(jiān)控電壓實(shí)時(shí)電壓值。電機(jī)使用Multisim軟件自帶的電機(jī)模型。

        當(dāng)電阻為原始電路電阻2.74Ω時(shí)得到的仿真波形圖如圖8所示,在換向瞬間,電機(jī)承受的瞬時(shí)電壓增大到38.9V,此時(shí)電機(jī)的工作電壓為11.8V,突變電壓差V1=27.1V,比值系數(shù)為27.1/11.8=2.3。

        降低電阻R1= 1.5Ω時(shí)得到的仿真波形圖如圖9所示,在換向瞬間,電機(jī)承受的瞬時(shí)電壓增大到37.0V,此時(shí)電機(jī)的工作電壓為16.0V,突變電壓差V1=21.0V,比值系數(shù)為21.0/16.0=1.3。

        降低電阻R1=0.5Ω時(shí)得到的仿真波形圖如圖10所示,在換向瞬間,電機(jī)承受的瞬時(shí)電壓增大到32.6V,此時(shí)電機(jī)的工作電壓為22.5V,突變電壓差V1=10.2V,比值系數(shù)為10.2/22.5=0.45。

        降低電阻R1=0Ω時(shí)得到的仿真波形圖如圖11所示,在換向瞬間,電機(jī)不再承受瞬時(shí)突變電壓,此時(shí)電機(jī)的工作電壓為28.0V,突變電壓差V1=0V,比值系數(shù)為0,電機(jī)工作在理想狀態(tài)下。

        電機(jī)工作在額定電流電壓下,控制電路中R1的電阻值越小,電機(jī)承受的突變電壓系數(shù)比值也越小,電機(jī)工作越穩(wěn)定,使用壽命越長。由此,可以初步提出通過降低控制電路中R1的電阻值來穩(wěn)定控制電路的基本方案。

        3.2 方案分析

        多次試驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn),當(dāng)實(shí)際的控制電路R1=0Ω時(shí),24~28V額定電壓電機(jī)極易燒毀。測量發(fā)現(xiàn)多為電路電流過大所致,因而控制電路中將R1設(shè)置為0Ω僅能在理想情況下實(shí)現(xiàn)。同時(shí),為保證電機(jī)能夠在正常的電流電壓環(huán)境下工作,電阻R1的值不應(yīng)大于2.74Ω(見圖12)。經(jīng)過對不同R1值時(shí)的仿真試驗(yàn)及實(shí)際電路的安裝測試,發(fā)現(xiàn)在R1=1.5Ω時(shí)電機(jī)工作在額定電流及額定電壓內(nèi),電機(jī)工作穩(wěn)定且起落架機(jī)構(gòu)工作正常(見圖13)。

        將R1的電阻值改為1.5Ω后,長達(dá)半年的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表明起落架控制電路的電機(jī)再未出現(xiàn)燒毀情況,且電阻也未被燒毀。推廣到所有含有相關(guān)起落架控制電路的全動模擬機(jī)上后,統(tǒng)計(jì)已有的故障記錄,五年來未發(fā)生過一起相關(guān)的控制電路故障,極大地提高了電路工作的可靠性。

        4 結(jié)束語

        通過對某型全動模擬機(jī)起落架系統(tǒng)的介紹及相關(guān)訓(xùn)練故障的仿真實(shí)現(xiàn)分析,在保障設(shè)備穩(wěn)定的情況下對其控制電路進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,可以有效降低因設(shè)備故障造成的訓(xùn)練時(shí)間損失,提高設(shè)備穩(wěn)定性,降低維護(hù)成本。目前國內(nèi)模擬機(jī)制造業(yè)處于起步階段,對于飛行訓(xùn)練科目類仿真技術(shù)需求很高,本文提出的優(yōu)化方案可作為國內(nèi)模擬機(jī)制造及研發(fā)的重要參考。

        參考文獻(xiàn)

        [1]謝東,李容.基于Multisim的PWM直流電機(jī)調(diào)速控制電路設(shè)計(jì)與仿真[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,15(3).

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