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1剎車裝置尺寸計算

一般來說，剎車裝置的重量會隨著剎車能量的增大而增大，通過統(tǒng)計單位重量剎車能量值可以對剎車裝置重量進行估算。而通過已給出的飛機著陸重量、飛機重心到前起落架的距離和飛機重心到主起落架的距離，可以計算得到輪胎的停機載荷，從數據庫中選擇適當的輪胎和機輪。對于盤式剎車，美國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合徑與剎車片直徑等的曲線圖來確定基本尺寸參數，《航空機輪設計指南》也提供了相關的尺寸估算方法。對于盤式剎車裝置來說，為了增加剎車力矩，動盤和靜盤交錯排列，因此產生的剎車力矩與摩擦面的對偶個數有關，對剎車力矩進行推導，得出式，由式可計算得到剎車盤的數量。式中:μ為剎車盤的摩擦系數;pb為剎車壓力;N為摩擦面的對偶個數;R1為剎車盤內徑;R2為剎車盤外徑。

2剎車體容溫度計算

飛機剎車組件一般由鐵基片、碳盤和鋼骨架組成，因為它們的比熱不相同，所以在計算體容溫度時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為經驗系數;A為不同剎車狀態(tài)下的剎車能量;mi為組成熱庫不同材料的重量;ci為組成熱庫不同材料的比熱。材料的比熱還跟溫度有關，故用到了迭代求解。在計算剎車距離時，可近似不考慮發(fā)動機推力及氣動力，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為飛機主輪接地速度;μs為機輪地面靜摩擦系數。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)采用電作動機構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)一般采用四電機四滾珠絲杠作動機構布局，電機選用重量輕、體積小的稀土永磁無刷直流電機，每個電機通過諧波減速器、傘齒輪等傳動裝置控制一個滾珠絲杠作動器。在確定滾珠絲杠送進時的轉速和傳動比之后，可以進行滾珠絲杠的選取。首先要計算單根滾珠絲杠的平均載荷Fp，據此可以確定絲杠的動載荷選用適當的滾珠絲杠來滿足動載荷要求，計算滾珠絲杠的傳動效率、驅動力矩和傳動所需功率，根據齒輪的傳動效率和傳動比計算折算到電機上的負載轉矩和功率，選取適當的無刷直流電機．剎車系統(tǒng)快速性計算全電剎車系統(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)的快速性計算主要包括兩部分:剎車時間和松剎時間。剎車時間也主要包括兩部分:充填動態(tài)容積至壓力p''''s所需時間和由p''''s增加到pmax所需時間，p''''s是當剎車裝置摩擦面之間的間隙完全消除時移動剎車裝置活動零件所必需的壓力。

3剎車系統(tǒng)穩(wěn)定性計算

為了進行液壓剎車系統(tǒng)動態(tài)計算，需得到由對象方程和調節(jié)器方程組成的系統(tǒng)方程，再進一步得到系統(tǒng)的特征方程。在MATLAB中建立剎車系統(tǒng)模型，其中包含六個子模型的建立:機身模型、起落架緩沖系統(tǒng)模型、起落架航向上的剛度模型、剎車機輪模型、飛機著陸滑跑跑道模型和飛機液壓伺服剎車模型飛機機身模型簡化為航向、俯仰和豎直三個運動方向上的剛體模型，根據動量定理及動量矩定理即可得到機身模型。設計實例以某無人機為例，其基本參數所示。該無人機采用盤式剎車結構、全電剎車系統(tǒng)以及基于滑移率的防滑控制。首先計算得到主輪受載為1198．78N，由此選定主輪胎規(guī)格為300mm×130mm－102mm;由輪胎結合徑102mm估算得到剎車盤內外徑分別為52mm和74mm。由GJB1184估算單輪剎車能量為47840J，選用碳剎車結構可得到單輪剎車裝置重量為2．7kg，剎車盤容積為476．073cm3，進一步估算得到剎車盤總寬為21．768cm，據此可以確定動靜盤數量分別為3個和4個。防滑剎車采用四電機四滾珠絲杠，由剎車盤尺寸和設計剎車力矩估算靜剎車活塞推力，據此選取適當的滾珠絲杠和電機。將飛機的基本參數和剎車裝置的基本參數輸入到剎車系統(tǒng)動力學仿真模型中進行仿真分析，動力學仿真結果的滑移率曲線所示，機輪的角速度曲線仿真總時間為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，結束前由于低速打滑，造成曲線激烈震蕩?？梢钥闯?，仿真假設飛機機輪開始處于純滾動狀態(tài)，開始的剎車力矩偏大，導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)下降至機輪停止轉動。從仿真結果來看，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