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民用飞机起落架系统设计共通性研究

李宝锋
【摘 要】本文主要分析了国内外运营的主要民用飞机B737、A340的起落架系统设计方案，描述了各自的设计特点，并分析了B737和A320飞机起落架系统的共通性，在此基础上分析了国内起落架系统设计的现状，提出了可供国内民机起落架系统设计借鉴的国外先进设计经验。
【关键词】民用飞机；起落架系统；共通性
起落架系统是飞机的重要组成部分，是保障飞机安全运行的重要设备。现代飞机由于重量增加、尤其是着陆速度显著增大，从而使飞机着陆时的动能和滑跑距离急剧增加，这对起落架系统提出了更高的要求。
1 波音公司民机起落架系统设计特点
1.1 起落架系统布组成及功能
波音系列飞机起落架采用前3点式布局，使用油气式减震支柱，控制系统采用传统的机械液压电气控制方式。波音系列飞机起落架系统由1个前起落架和2个主起落架组成。液压能源系统由A、B两套及备用液压系统组成。实现的主要功能包括起落架正常收放、起落架应急放、手轮操纵前轮转弯、脚蹬差动刹车前轮转弯、有防滑控制的正常刹车、有防滑控制的备用刹车、停机应急刹车等。
1.2 起落架收放
波音飞机起落架正常收放是通过操纵起落架系统控制手柄来控制选择活门，选择活门则控制液压进行起落架的收起或放下操作。正常收放通过由A液压系统供压，若A系统出现故障，起落架系统会自动切换到B液压系统进行供压。起落架应急放是通过应急放手柄拉动钢索打开起落架上位锁，在起落架系统自身的重力和气动力作用下放下。
1.3 转弯与机轮刹车
前轮转弯系统的作用是当飞机在地面时提供方向控制。飞机的转向操作是通过机长座椅旁的转向手轮以及方向舵脚蹬来控制的。通过转向手轮，可以控制飞机作最大角度的转向，而方向舵脚蹬可以提供7°的转向能力。
机轮和刹车系统为飞机提供减速制动的能力，每个起落架都有两个轮胎和两个机轮组件。每个主轮都装有一个液压作动的动、静片式钢刹车组件。刹车系统可以提供3种刹车功能，包括正常刹车，由液压系统B供压；备用刹车，在正常刹车系统失效时工作由液压系统A供压；停留刹车，在失去正常和备用刹车压力后，由储压器供压。当飞机没有启动液压系统或外部液压时，完全充压的储压器可以持续向刹车系统供压8小时左右。
2 空客公司民机起落架系统设计特点
2.1 起落架系统布局及组成
空客系列飞机起落架控制系统采用数字电传控制系统，控制盒获取各传感器采集的信号，通过综合计算发出指令到执行机构。采用数字电传控制、中央维护系统和综合显示设备可以获取到所需的相关信息，系统能够实现BIT自检功能。飞机的操纵部件均设置指令传感器，依靠电信号的传输进行控制。
起落架系统实现的主要功能为：正常收放起落架；应急放下起落架；手轮操纵前轮转弯；脚蹬操纵前轮转弯；有防滑的正常刹车；有防滑的备份刹车；没有防滑的备份刹车；停机应急刹车；刹车装置温度监控；轮胎压力监控。
2.2 起落架收放
A330飞机起落架正常收放为电控液压作动模式，正常收放时由主液压系统供压。收放控制有两套独立的系统与接口控制计算机互为余度。起落架控制手柄有“收上”和“放下”两种模式。控制盒获取收放手柄及位置传感器的信号，运算后发出控制起落架和舱门的收放顺序指令；起落架应急放系统采用电控机械作动方式放下起落架。
2.3 转弯与刹车控制
A330飞机正常刹车系统为电传数字防滑控制，转弯和刹车控制模块通过对传感器信息进行计算从而控制液压阀调节刹车压力，包括脚蹬刹车和自动刹车模式。自动刹车模式有高、中、低3挡，分别对应不同的减速率，自动刹车可以通过脚蹬刹车进行超控。正常刹车系统失效时，自动转入由备份液压能源供压的备用刹车。备份刹车为电传数字防滑控制系统，若电气部件失效，备份刹车仍可在没有防滑的条件下工作。停机刹车采用电控液压作动模式，通过蓄压器为停机刹车供压，保证停机刹车12h。
3 波音民机与空客民机起落架系统对比
波音和空客飞机起落架控制系统的功能相同，在实现方式上波音飞机主要运用传统的机械液压操纵和电气控制模式，通过机械手柄等操纵器件带动钢索或连杆机构打开液压阀进行控制。
空客系列飞机起落架控制系统一直运用数字电传控制系统，对于操纵器件均设置指令传感器，依靠电信号的传输进行控制。技术相对更加先进，起落架系统重量更轻、维护检查更加方便、安装简单，同时具备BIT功能。从波音和空客飞机起落架控制系统的发展可以看出，传统的起落架通过机械液压电气控制模式进行控制，新研飞机均采用比较先进的数字电传控制模式。
4 国内民机起落架技术发展现状
起落架收放系统由正常收放和自由放下两种方式组成。正常收放为电子逻辑控制液压作动模式，自由放下为电气控制机械作动模式。起落架系统中的位置接近传感器和收放控制装置均为双余度设置。采用综合控制，显示及告警信息在EICAS上显示并保存在中央维护系统，具有BIT自检功能。
机轮刹车作为起落架系统重要的组成部分，国内飞机机轮刹车采用数字式电传刹车系统，自动刹车技术和防滑刹车技术相结合实现制动防滑，驾驶员选择不同的档位实现不同减速率的制动刹车。刹车控制盒获取各传感器信号并进行综合运算实时控制刹车机轮的刹车压力，避免刹车机轮的打滑。图1是国内某机型的刹车控制系统液压原理图，刹车系统由正常刹车系统、停机/应急刹车系统和刹车温度监视系统BTMS组成。机轮刹车系统由1号、2号液压能源系统和内外侧刹车蓄压器供压，其中1号液压系统和内侧刹车蓄压器给内轮刹车提供压力，2号液压系统和外侧刹车蓄压器给外轮刹车提供压力。
图1 机轮刹车系统液压原理图
1.蓄压器单向阀；2.切断阀；3.刹车蓄压器；4.单向阀；5.刹车控制阀；
6.停机刹车阀；7.转换阀；8.液压保险；9.压力传感器；10.蓄压器压力传感器
正常刹车为数字式电传控制系统，具有人工刹车、自动刹车、止转刹车、差动刹车、防滑保护、接地保护、轮间保护、BIT功能以及与其他系统通讯功能。
刹车控制组件BCU是刹车系统中的控制部件，在正常工作状态下提供单独的机轮刹车控制和防滑控制。BCU还具有自动刹车控制、接地保护控制、轮间保护控制、止转刹车控制、ARINC429总线通讯以及BTMS处理等功能。BCU包括两个结构相同的控制板：内轮板BCU1和外轮板BCU2，BCU1控制左内轮和右内轮的刹车，BCU2控制左外轮和右外轮的刹车。BCU采用两套电源供电，其中BCU1由右直流重要汇流条供电，BCU2由左直流重要汇流条供电。
BCU具有BIT功能，能够对刹车系统的工作进行实时监控，并将故障信息通过ARINC429总线发送至EICAS和CMS。BIT功能具有3种工作模式：开机检测ST、连续检测CT和飞行中检测IFT。
目前，国内起落架系统设计与国外主要民用飞机设计公司相比还有不小的差距，国外主要飞机公司发展时间长，技术积累深厚，集成整合能力强，设计的系统更加稳定。国内民机发展的时间短，基本没有技术积累，很多系统都需要采购国外供应商装备，需要国外的供应商支持。总的来说，国内公司都还处于经验积累的阶段，还有很长的路要走。
5 小结
通过对国内外民用飞机的起落架系统的分析，可以看出国内民机技术与世界上航空强国之间还有一定的差距，在我们的民机设计中可以借鉴国外的先进技术，在消化吸收国外已有技术的基础上进行创新，设计更加先进现代的起落架系统，保证民机安全可靠的运营。
【参考文献】
[1]浦传彬.从TB系列飞机看通用飞机的发展[J].航空工业论坛，2007.
[2]冯军.大型民机起落架的发展趋势与关键技术[J].航空制造技术，2009（2）.
[3]孙建全.大型民机起落架控制系统技术发展[J].打飞机测控技术，2009（8）.
[4]雍明培.通用飞机系统化研发策略与设计技术探讨[J].中国航空科学大会论文集，2013.
[责任编辑：王楠]

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