【摘要】：飛機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)因在飛機(jī)的起飛、著陸、滑行和轉(zhuǎn)彎過(guò)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(jì)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(chǎng)開(kāi)拓。因此,飛機(jī)制動(dòng)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(yùn)行必不可少的重要系統(tǒng)。近年來(lái),飛機(jī)技術(shù)的發(fā)展對(duì)飛機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)的研制提出了更高的要求,原有的設(shè)計(jì)方法及試驗(yàn)輔助設(shè)計(jì)方式不足以滿(mǎn)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(qiáng)。國(guó)內(nèi)無(wú)論是在制動(dòng)系統(tǒng)集成方法論的工程應(yīng)用上,還是在制動(dòng)性能的提升上距國(guó)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(jiǎn)稱(chēng)MBSE)理念完成飛機(jī)制動(dòng)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(jì),同時(shí)通過(guò)對(duì)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(jì)及工程化應(yīng)用做好前期準(zhǔn)備,同時(shí)為飛機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)仿真水平及專(zhuān)業(yè)能力的提升奠定了良好的基礎(chǔ)。本文在對(duì)某型號(hào)飛機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)關(guān)鍵需求剖析及架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)中的非線(xiàn)性因素、安全性因素以及制動(dòng)控制系統(tǒng)之外的邊界約束條件等,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)提出了基于MBSE的飛機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)“正向設(shè)計(jì)”集成開(kāi)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(jì)開(kāi)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(yàn)捕獲需求”等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)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(dòng)材料壓力-力矩增益特性、摩擦特性、工藝特性等,通過(guò)不同條件下多個(gè)同類(lèi)材料的試驗(yàn)結(jié)果分析,提煉出飛機(jī)制動(dòng)材料壓力-力矩特性規(guī)律,優(yōu)化了飛機(jī)制動(dòng)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(dòng)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(xiàn)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(shí)別方法,根據(jù)特征值門(mén)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(shí)別,實(shí)時(shí)估計(jì)結(jié)合系數(shù)最大值及最優(yōu)滑移率,經(jīng)驗(yàn)證識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確、識(shí)別效果良好,為剎車(chē)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(chē)效率偏低問(wèn)題,采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及非對(duì)稱(chēng)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(jì)算方法,設(shè)計(jì)了制動(dòng)控制系統(tǒng)基于滑移率約束的自適應(yīng)防滑控制律,實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)控制系統(tǒng)的全調(diào)節(jié)控制,提高了剎車(chē)效率(AC25-7C中全調(diào)節(jié)控制下濕跑道剎車(chē)效率為80%,準(zhǔn)調(diào)節(jié)控制濕跑道剎車(chē)效率為50%)。同時(shí)采用仿真分析及試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)的手段對(duì)整個(gè)飛機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)各工況下的綜合性能進(jìn)行了分析和驗(yàn)證,為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平提升和性能進(jìn)一步優(yōu)化提供了保障,為制動(dòng)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(jì)效率。
【圖文】：

圖 1-1 機(jī)械慣性控制方式剎車(chē)曲線(xiàn)剎車(chē)從 A 點(diǎn)開(kāi)始施加，導(dǎo)致機(jī)輪速度在 C 點(diǎn)的輕微減小，2-8 秒的剎車(chē)過(guò)程中輪滑較為合適，并未進(jìn)入深打滑，因此剎車(chē)壓力保持在最大值(B 點(diǎn)-D 點(diǎn))。在 D 點(diǎn)，由于剎車(chē)的施加使得機(jī)輪進(jìn)入深打滑狀態(tài)（E 點(diǎn)），機(jī)輪減速率迅速增大并超過(guò)的減速率門(mén)限（如虛線(xiàn)所示），于是剎車(chē)壓力被釋放（G 點(diǎn)）。較高的機(jī)輪起轉(zhuǎn)加（H 點(diǎn)）和隨后的輪胎的回彈（I）導(dǎo)致剎車(chē)壓力的波動(dòng)（J），隨后剎車(chē)壓力從 K加到 L 點(diǎn)，摩擦系數(shù)也從 M 點(diǎn)增加到 N 點(diǎn)。從 10 秒以后，機(jī)輪減速率再一次超過(guò)率門(mén)限值，剎車(chē)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(shí)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。基于減速率的防滑剎車(chē)曲線(xiàn)如圖 1-2 所示。在剎車(chē)過(guò)程中，機(jī)輪速度傳感器輸出時(shí)機(jī)輪速度成正比的交流信號(hào)，在控制單元中，這個(gè)信號(hào)將被轉(zhuǎn)化為直流電壓，再

圖 1-2 基于減速率的防滑剎車(chē)曲線(xiàn)剎車(chē)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(gè)與機(jī)輪速度變比例的防滑信號(hào)，使得剎車(chē)壓力減小，機(jī)輪恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)速度（f 點(diǎn)）,隨后防滑信號(hào)解 點(diǎn)),剎車(chē)壓力重新施加（h 點(diǎn)）,且快速的連續(xù)的淺打滑使得防滑產(chǎn)生一個(gè)余量，減剎車(chē)壓力的平均值。由于跑道狀態(tài)的變化（摩擦系數(shù)減�。�，剎車(chē)在 5s 左右發(fā)生打滑（i 點(diǎn)），導(dǎo)致了較大的防滑量，使得剎車(chē)壓力下降到了一個(gè)可以忽略的值，隨后以一個(gè)很慢的速度恢復(fù)（此時(shí)防滑信號(hào)值較大，n 點(diǎn)），剎車(chē)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(chē)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(xiàn)穩(wěn)定區(qū)域的操間，這種設(shè)計(jì)能夠在跑道一致性較好時(shí)獲得比較滿(mǎn)意的剎車(chē)效果，然而，當(dāng)跑道上水灘（摩擦系數(shù)變化較大）時(shí)，PBM 模塊的存在將使得剎車(chē)系統(tǒng)壓力恢復(fù)較慢，剎車(chē)性能降低明顯。度差控制速度差控制是基于滑移速度來(lái)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V227

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本文編號(hào)：2666426