發(fā)布時間：2020-05-16 08:00

【摘要】：飛機(jī)制動控制系統(tǒng)因在飛機(jī)的起飛、著陸、滑行和轉(zhuǎn)彎過程中均起著至關(guān)重要的作用而備受關(guān)注,該系統(tǒng)的功能、性能、架構(gòu)設(shè)計等關(guān)系著飛機(jī)著陸安全及使用經(jīng)濟(jì)性,其技術(shù)的先進(jìn)性也影響著飛機(jī)的發(fā)展及市場開拓。因此,飛機(jī)制動控制系統(tǒng)既是起落架裝置的重要組成部分,也是飛機(jī)安全運行必不可少的重要系統(tǒng)。近年來,飛機(jī)技術(shù)的發(fā)展對飛機(jī)制動控制系統(tǒng)的研制提出了更高的要求,原有的設(shè)計方法及試驗輔助設(shè)計方式不足以滿足低成本、高可靠、高安全、高水平的研發(fā)要求,現(xiàn)有產(chǎn)品的性能優(yōu)化也需進(jìn)一步加強。國內(nèi)無論是在制動系統(tǒng)集成方法論的工程應(yīng)用上,還是在制動性能的提升上距國外還存在一定的差距,因此本文將采用基于模型的系統(tǒng)工程(Model Based System Engineering,簡稱MBSE)理念完成飛機(jī)制動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵需求捕獲及確認(rèn)、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計,同時通過對性能關(guān)鍵影響因素的分析及優(yōu)化,提煉出性能提升模型,為后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計及工程化應(yīng)用做好前期準(zhǔn)備,同時為飛機(jī)制動控制系統(tǒng)仿真水平及專業(yè)能力的提升奠定了良好的基礎(chǔ)。本文在對某型號飛機(jī)制動控制系統(tǒng)關(guān)鍵需求剖析及架構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上,統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)中的非線性因素、安全性因素以及制動控制系統(tǒng)之外的邊界約束條件等,主要研究內(nèi)容如下:(1)提出了基于MBSE的飛機(jī)制動控制系統(tǒng)“正向設(shè)計”集成開發(fā)方法。為確保所捕獲的關(guān)鍵需求的正確性,利用Harmony SE方法以需求為脈絡(luò)進(jìn)行行為仿真建模,闡述了從需求——架構(gòu)的正向設(shè)計開發(fā)流程,避免了“輕需求,重方案”、“拍腦袋決定架構(gòu)”、“靠經(jīng)驗捕獲需求”等傳統(tǒng)設(shè)計問題,降低了研制成本,提高了研制效率。(2)深入研究了飛機(jī)制動材料壓力-力矩增益特性、摩擦特性、工藝特性等,通過不同條件下多個同類材料的試驗結(jié)果分析,提煉出飛機(jī)制動材料壓力-力矩特性規(guī)律,優(yōu)化了飛機(jī)制動材料壓力-力矩特性模型,避免了因材料特性誤差引起的仿真結(jié)果失真,提高了仿真分析的有效性和精度,為后續(xù)進(jìn)一步提升和優(yōu)化飛機(jī)制動控制系統(tǒng)性能奠定良好的基礎(chǔ)。(3)考慮輪胎和跑道特性的復(fù)雜非線性關(guān)系,在Pacejka魔術(shù)公式輪胎跑道模型影響因子分析的基礎(chǔ)上,提出了一種基于跑道狀態(tài)特征值的跑道識別方法,根據(jù)特征值門限均方根值定義典型跑道的特征值區(qū)間,并以此跑道特征值區(qū)間為依據(jù)進(jìn)行跑道狀態(tài)的識別,實時估計結(jié)合系數(shù)最大值及最優(yōu)滑移率,經(jīng)驗證識別結(jié)果準(zhǔn)確、識別效果良好,為剎車效率的提高提供了保障。(4)考慮傳統(tǒng)PD+PBM的準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制方法剎車效率偏低問題,采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及非對稱障礙李雅普諾夫函數(shù)約束控制理論,優(yōu)化了飛機(jī)減速率計算方法,設(shè)計了制動控制系統(tǒng)基于滑移率約束的自適應(yīng)防滑控制律,實現(xiàn)了制動控制系統(tǒng)的全調(diào)節(jié)控制,提高了剎車效率(AC25-7C中全調(diào)節(jié)控制下濕跑道剎車效率為80%,準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制濕跑道剎車效率為50%)。同時采用仿真分析及試驗臺試驗的手段對整個飛機(jī)制動控制系統(tǒng)各工況下的綜合性能進(jìn)行了分析和驗證,為系統(tǒng)的設(shè)計水平提升和性能進(jìn)一步優(yōu)化提供了保障,為制動控制系統(tǒng)的研制節(jié)省了成本、縮短了周期、提升了設(shè)計效率。
【圖文】：

圖 1-1 機(jī)械慣性控制方式剎車曲線剎車從 A 點開始施加，導(dǎo)致機(jī)輪速度在 C 點的輕微減小，2-8 秒的剎車過程中輪滑較為合適，并未進(jìn)入深打滑，因此剎車壓力保持在最大值(B 點-D 點)。在 D 點，由于剎車的施加使得機(jī)輪進(jìn)入深打滑狀態(tài)（E 點），機(jī)輪減速率迅速增大并超過的減速率門限（如虛線所示），于是剎車壓力被釋放（G 點）。較高的機(jī)輪起轉(zhuǎn)加（H 點）和隨后的輪胎的回彈（I）導(dǎo)致剎車壓力的波動（J），隨后剎車壓力從 K加到 L 點，摩擦系數(shù)也從 M 點增加到 N 點。從 10 秒以后，機(jī)輪減速率再一次超過率門限值，剎車壓力再一次進(jìn)入釋放循環(huán)。機(jī)械慣性控制方法主要由機(jī)械部件實現(xiàn)，可改進(jìn)空間較小，，現(xiàn)代飛機(jī)已放棄使用法。減速率控制傳統(tǒng)的減速率控制為帶偏壓調(diào)節(jié)模塊（PBM）的減速率控制方式，該方法已在多用和軍用飛機(jī)上應(yīng)用�；跍p速率的防滑剎車曲線如圖 1-2 所示。在剎車過程中，機(jī)輪速度傳感器輸出時機(jī)輪速度成正比的交流信號，在控制單元中，這個信號將被轉(zhuǎn)化為直流電壓，再

圖 1-2 基于減速率的防滑剎車曲線剎車壓力在 a-b 快速施加，導(dǎo)致了較淺的機(jī)輪打滑，因此產(chǎn)生了一個與機(jī)輪速度變比例的防滑信號，使得剎車壓力減小，機(jī)輪恢復(fù)轉(zhuǎn)動速度（f 點）,隨后防滑信號解 點),剎車壓力重新施加（h 點）,且快速的連續(xù)的淺打滑使得防滑產(chǎn)生一個余量，減剎車壓力的平均值。由于跑道狀態(tài)的變化（摩擦系數(shù)減小），剎車在 5s 左右發(fā)生打滑（i 點），導(dǎo)致了較大的防滑量，使得剎車壓力下降到了一個可以忽略的值，隨后以一個很慢的速度恢復(fù)（此時防滑信號值較大，n 點），剎車壓力的恢復(fù)速度BM 模塊決定。傳統(tǒng)的減速率控制一般包含 PBM 模塊，該模塊在某些情況下顯著降低了剎車系統(tǒng)。PBM 模塊的最初目的是增加系統(tǒng)在 - （結(jié)合系數(shù)-滑移率）曲線穩(wěn)定區(qū)域的操間，這種設(shè)計能夠在跑道一致性較好時獲得比較滿意的剎車效果，然而，當(dāng)跑道上水灘（摩擦系數(shù)變化較大）時，PBM 模塊的存在將使得剎車系統(tǒng)壓力恢復(fù)較慢，剎車性能降低明顯。度差控制速度差控制是基于滑移速度來進(jìn)行防滑控制，滑移速度的定義為參考速度（模擬飛
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V227

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