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1剎車裝置尺寸計(jì)算

一般來說，剎車裝置的重量會(huì)隨著剎車能量的增大而增大，通過統(tǒng)計(jì)單位重量剎車能量值可以對(duì)剎車裝置重量進(jìn)行估算。而通過已給出的飛機(jī)著陸重量、飛機(jī)重心到前起落架的距離和飛機(jī)重心到主起落架的距離，可以計(jì)算得到輪胎的停機(jī)載荷，從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇適當(dāng)?shù)妮喬ズ蜋C(jī)輪。對(duì)于盤式剎車，美國(guó)Goodrich公司推薦的方法為參照剎車組件重量與剎車能量、剎車片容積與剎車組件重量和輪胎結(jié)合徑與剎車片直徑等的曲線圖來確定基本尺寸參數(shù)，《航空機(jī)輪設(shè)計(jì)指南》也提供了相關(guān)的尺寸估算方法。對(duì)于盤式剎車裝置來說，為了增加剎車力矩，動(dòng)盤和靜盤交錯(cuò)排列，因此產(chǎn)生的剎車力矩與摩擦面的對(duì)偶個(gè)數(shù)有關(guān)，對(duì)剎車力矩進(jìn)行推導(dǎo)，得出式，由式可計(jì)算得到剎車盤的數(shù)量。式中:μ為剎車盤的摩擦系數(shù);pb為剎車壓力;N為摩擦面的對(duì)偶個(gè)數(shù);R1為剎車盤內(nèi)徑;R2為剎車盤外徑。

2剎車體容溫度計(jì)算

飛機(jī)剎車組件一般由鐵基片、碳盤和鋼骨架組成，因?yàn)樗鼈兊谋葻岵幌嗤?，所以在?jì)算體容溫度時(shí)必須考慮不同材料的重量。式中:tb為剎車裝置體容溫度;to為環(huán)境溫度;K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù);A為不同剎車狀態(tài)下的剎車能量;mi為組成熱庫(kù)不同材料的重量;ci為組成熱庫(kù)不同材料的比熱。材料的比熱還跟溫度有關(guān)，故用到了迭代求解。在計(jì)算剎車距離時(shí)，可近似不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)推力及氣動(dòng)力，一般前輪不剎車而主輪剎車，所以存在主輪卸載問題，考慮剎車效率式中:η為剎車效率;V為飛機(jī)主輪接地速度;μs為機(jī)輪地面靜摩擦系數(shù)。剎車系統(tǒng)主要分為液壓剎車系統(tǒng)和全電剎車系統(tǒng)，二者唯一的不同之處在于全電剎車系統(tǒng)采用電作動(dòng)機(jī)構(gòu)取代集中式的液壓系統(tǒng)。本節(jié)以全電剎車系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)一般采用四電機(jī)四滾珠絲杠作動(dòng)機(jī)構(gòu)布局，電機(jī)選用重量輕、體積小的稀土永磁無刷直流電機(jī)，每個(gè)電機(jī)通過諧波減速器、傘齒輪等傳動(dòng)裝置控制一個(gè)滾珠絲杠作動(dòng)器。在確定滾珠絲杠送進(jìn)時(shí)的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比之后，可以進(jìn)行滾珠絲杠的選取。首先要計(jì)算單根滾珠絲杠的平均載荷Fp，據(jù)此可以確定絲杠的動(dòng)載荷選用適當(dāng)?shù)臐L珠絲杠來滿足動(dòng)載荷要求，計(jì)算滾珠絲杠的傳動(dòng)效率、驅(qū)動(dòng)力矩和傳動(dòng)所需功率，根據(jù)齒輪的傳動(dòng)效率和傳動(dòng)比計(jì)算折算到電機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率，選取適當(dāng)?shù)臒o刷直流電機(jī)．剎車系統(tǒng)快速性計(jì)算全電剎車系統(tǒng)具有良好的快速性和穩(wěn)定性，本節(jié)主要介紹液壓剎車系統(tǒng)的快速性。液壓剎車系統(tǒng)的快速性計(jì)算主要包括兩部分:剎車時(shí)間和松剎時(shí)間。剎車時(shí)間也主要包括兩部分:充填動(dòng)態(tài)容積至壓力p''''s所需時(shí)間和由p''''s增加到pmax所需時(shí)間，p''''s是當(dāng)剎車裝置摩擦面之間的間隙完全消除時(shí)移動(dòng)剎車裝置活動(dòng)零件所必需的壓力。

3剎車系統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算

為了進(jìn)行液壓剎車系統(tǒng)動(dòng)態(tài)計(jì)算，需得到由對(duì)象方程和調(diào)節(jié)器方程組成的系統(tǒng)方程，再進(jìn)一步得到系統(tǒng)的特征方程。在MATLAB中建立剎車系統(tǒng)模型，其中包含六個(gè)子模型的建立:機(jī)身模型、起落架緩沖系統(tǒng)模型、起落架航向上的剛度模型、剎車機(jī)輪模型、飛機(jī)著陸滑跑跑道模型和飛機(jī)液壓伺服剎車模型飛機(jī)機(jī)身模型簡(jiǎn)化為航向、俯仰和豎直三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上的剛體模型，根據(jù)動(dòng)量定理及動(dòng)量矩定理即可得到機(jī)身模型。設(shè)計(jì)實(shí)例以某無人機(jī)為例，其基本參數(shù)所示。該無人機(jī)采用盤式剎車結(jié)構(gòu)、全電剎車系統(tǒng)以及基于滑移率的防滑控制。首先計(jì)算得到主輪受載為1198．78N，由此選定主輪胎規(guī)格為300mm×130mm－102mm;由輪胎結(jié)合徑102mm估算得到剎車盤內(nèi)外徑分別為52mm和74mm。由GJB1184估算單輪剎車能量為47840J，選用碳剎車結(jié)構(gòu)可得到單輪剎車裝置重量為2．7kg，剎車盤容積為476．073cm3，進(jìn)一步估算得到剎車盤總寬為21．768cm，據(jù)此可以確定動(dòng)靜盤數(shù)量分別為3個(gè)和4個(gè)。防滑剎車采用四電機(jī)四滾珠絲杠，由剎車盤尺寸和設(shè)計(jì)剎車力矩估算靜剎車活塞推力，據(jù)此選取適當(dāng)?shù)臐L珠絲杠和電機(jī)。將飛機(jī)的基本參數(shù)和剎車裝置的基本參數(shù)輸入到剎車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型中進(jìn)行仿真分析，動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果的滑移率曲線所示，機(jī)輪的角速度曲線仿真總時(shí)間為4．27s，前部分滑移率變化很劇烈，然后快速地朝最佳滑移率0．12逼近，結(jié)束前由于低速打滑，造成曲線激烈震蕩?？梢钥闯觯抡婕僭O(shè)飛機(jī)機(jī)輪開始處于純滾動(dòng)狀態(tài)，開始的剎車力矩偏大，導(dǎo)致角速度減小很劇烈，滑移率偏大，然后在PID控制的作用下剎車力矩開始減小，角速度回升，角速度開始平穩(wěn)下降至機(jī)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。從仿真結(jié)果來看，剎車系統(tǒng)工作良好。

作者：陶周亮聶宏魏小輝劉向堯尹喬之單位：南京航空航天大學(xué)