大型飞机机轮刹车系统关键技术和发展趋势
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摘要：大型飞机在客运、货运方面的广泛应用，对机轮刹车系统提出新的要求。机轮刹车系统对保障大型飞机安全运行具有重要意义，下文就大型飞机机轮刹车系统中的关键技术详细分析，着重分析其自动刹车技术、多支柱多轮系非对称载荷防滑刹车控制技术等，并对大型飞机机轮刹车系统发展趋势分析，希望将先进的人工智能技术、控制技术、电静液急刹车技术等融入到大型飞机机轮刹车系统中，促进我国航空运输行业持续发展。
关键词：大型飞机;机轮;刹车系统;关键技术;发展趋势
大型飞机属于衡量国家先进技术发展水平的重要标志，其对国民经济发展、维护国家安全及利益具有重要意义，且其涉及到电子、机械、材料、工业等内容，属于高精端技术，属于工业高端领域。刹车系统是对飞机的制动，在短时间可吸收飞机着陆动能[1]。刹车系统稳定对飞机稳定运行有直接影响，飞机安全着陆、下降稳定、快速着陆等都需要刹车系统给予支持，文章对大型飞机设计中需着重考虑的关键技术的分析，旨在为促进大型飞机稳定发展奠定基础。
1.大型飞机机轮刹车系统关键技术
1.1自动刹车
飞机着陆中，自动刹车自动调节刹车压力，确保飞机以恒速率减速着陆，提高机内乘客舒适度，减少飞行员工作符合，避免手动操作刹车不当，引发安全危险。
自动刹车技术有一定难点：
（1）自动刹车及防滑集成，实现自动刹车及防滑系统集成，减少刹车附件，减少刹车重量属于难点问题，有效集成可提高系统维护性。
（2）自动刹车及 防滑刹车无缝结合属于难点技术，提高自动刹车容错性，可确保控制稳定，即自动刹车及手动刹车稳定切花，实现恒减速自动刹车及滑移率防滑刹车控制结合。
（3）自动刹车选择技术，自动刹车减速率选择方式通过数字模拟实现，分析航空机载总线技术不同自动刹车选择技术是当下自动刹车重难点。
1.2多支柱多轮系非对称载荷防滑刹车控制
非对称载荷属于飞机滑跑过程中，其左右起落架一侧前后起落架受力不均，机轮受到不平衡外载荷影响。在传统飞机刹车系统建模中，其未涉及到对非对称载荷的分析，但是大型飞机运行均存在左右不对称载荷，在同侧前后起落架处载荷具有差异，飞机着陆中不同刹车机轮对应垂向载荷差异寄到，非对称载荷关系复杂，其左右及前后机轮并非同步落地，一些机场侧风现象，将影响载荷平衡[2]。
1.3防滑刹车控制律设计验证技术
传统飞机防滑刹车控制律验证中，以惯性台试验验证，该方式适用于单轮飞机，可真实模拟飞机着陆中刹车过程。但是，对于多轮飞机而言，惯性台试验需投入大量试验成本，在参数调节上面临较大困难。因此，针对大型飞机防滑刹车控制律设计，多采用仿真方式试验。仿真实验一方面可以为产品优化设计提供理论支持和试验基础，可提高产品可靠性，另一方面可节约研制上不合理操作的成本投入，可避免不必要步骤重复。在多轮式飞机防滑刹车控制试验中，将起落架、机轮、防滑刹车等综合使用，以确保各项系统直接具有协调性，可适应不同环境需求。
1.4附件集成技术
大型飞机主刹车机轮数量多，刹车系统控制以单轮控制，大型飞机机轮刹车机电附件多，阀类附件机轮沙策系统中，国外以液压阀集成于阀块表面或插入阀块，组成系统，其体积小，结构紧凑，维护便捷[3]。但是液压集成块外部液压元件及内部孔道连通具有复杂性，以人工方式设计，孔道连通及校核较困难，当下集成式液压系统液压集成块的研究，多集中液壓集成块的布局孔优化上，对其设计算法、内部油孔连通、最小壁厚校准研究。
但是，实际加工中，元件布局会存在一定问题，外部元件装配需具有操作简便性特点，加工中还需考虑到集成块外部美观性;内部孔道上，需考虑管网流畅性，分析流场动态指标，经过校验后，设计出高性能液压集成块及系统。
1.5系统余度管理故障重构
按照系统需求，飞机系统配置常有多套刹车系统，对余度配置，保障单一刹车系统故障时，飞机刹车功能仍正常使用。防滑刹车控制以单余度加应急刹车构成，若采用双通道，正常通过和备用通道故障的，则需以人工切换刹车方式，该方式将造成刹车安全性能下降。
当下，对飞机机轮防滑刹车系统而言，研究集中在系统控制及作动技术上，对飞机防滑刹车故障诊断及重构研究不到位，飞机防滑刹车系统故障故障解决仅限于维修人员经验。当下电传刹车岁具有BIT功能，但是该功能的主要对机电、电子附件中元件极少数故障检测，故障检测率较低。刹车系统重构上，没有准确研究，导致双余度或多余度系统工会总，故障发生后未发挥系统优势，系统安全性能不高。
2.大型飞机机轮刹车系统发展趋势
2.1虚拟铁鸟设计
飞机防滑刹车系统动态性能研究属于国内外关注重点问题，实际飞行下试验刹车控制系统较危险，易造成安全事故，且试验成本较高，对物理条件要求较高，常规测试系统无法反应实际情况。仿真技术是飞机试验设计发展未来趋势，采用仿真技术，可节省约10%开发周期，节省约29%试验周期，减少近半返工量。虚拟铁鸟技术在飞控、液压及起落架模拟上有天然优势，其可减少传统物理试验次数，以仿真模拟方式，避免不合理设计浪费物理试验成本。
2.2人工智能支持下的控制律技术
控制理论发展影响下，非线性控制理论被应用到刹车系统中。在人工智能发展的 今天，采用智能技术控制刹车系统，可减轻人员操作负担。例如，以神经网络控制、模糊控制、人工免疫控制等，合理控制、优化刹车系统，形成智能信息处理系统，可为大型飞机稳定着陆奠定基础。生物免疫系统是在大量干扰及不确定环境下，对侵入机体非己成本及细胞精确识别并排除的技术，应用到防滑刹车系统中，可提高防滑刹车系统效率，使刹车系统未来发展方向之一。
2.3全电刹车技术
全电刹车技术属于机载机电系统多电化形式，其可提高系统性能，实现对能量的综合利用，减少零部件使用，降低飞机整体重量。机轮刹车向全电刹车方向发展，刹车系统可采用电力操纵，无需油液填充活塞腔，响应脚蹬刹车指令响应速度较快，响应频率达到20-30Hz，且其松刹车较快，可优化防滑性。
全电刹车控制以电矩反馈实现，避免刹车摩擦力异常变化，为飞机提供统一刹车响应，精确防滑刹车响应，确保飞机有较大减速度，缩短刹车距离。全电刹车控制无液压配件，也就无失效风险，安全性大大提高。此外，全电刹车控制可实现余度刹车，飞机遇到意外事故生存几率提高。全电刹车改善飞机原有故障诊断能力，维护量减低，维护操作简单。因此，全电刹车控制技术在今后研究发展中占有重要地位。
3.结束语
综上所述，对大型飞机机轮刹车系统关键技术和发展趋势分析，是适应我国航天工业持续发展的重要措施，对大型飞机机轮刹车系统而言，其设计到多领域知识，国家需制定长期研究发展战略规划，以工程应用为核心，合理规划不同阶段研究工作，掌握大型飞机机轮刹车系统的重要技术，分析机轮刹车系统发展趋势，积极突破技术难点，将我国机轮刹车系统技术向世界前沿方向不断推进。
参考文献
[1]Shang Y，Liu X，Jiao Z，et al. A novel integrated self-powered brake system for more electric aircraft[J]. Chinese Journal of Aeronautics，2018，31（5）：114-127.
[2]杨尊社，娄金涛，张洁，等. 国外飞机机轮刹车系统的发展[J]. 航空精密制造技术，2016，52（4）：40-44.
[3]魏春生，刘超. 支线客机起落架刹车控制系统简介[J]. 军民两用技术与产品，2017（22）：31-31.
（作者单位：西安航空制动科技有限公司）
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