一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统
阅读说明：本技术 一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统 (Airplane brake electro-hydraulic servo system with high response and high stability ) 是由 李建英 屈国栋 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统,飞机制动的高响应特性和稳定性系统包括：驾驶员踩刹车踏板可以控制飞机轮子的速度,其中刹车踏板的末端在滑杆上运动,下滑超过断电片则将会给控制器一个制动信号,在滑杆上装有电阻,可以加大制动信号,然后将电信号传给电液伺服阀,从而增大阀的开口,控制液压缸的活塞杆精确伸出,使夹紧杆夹紧,来实现快速制动,另外通过检测飞机轮子的速度,反馈到控制器,控制器通过对比处理将信号发送给伺服阀来调节液压缸伸缩的方向和伸缩量,从而控制夹紧杆将飞机轮子的速度调节至一样,其中夹紧杆上装有液压弹簧,并且这个液压弹簧装有单向阀和节流阀,可以防止刹车轮松开的一瞬间出现的刚性碰撞,同时还不会影响制动的快速性,这样飞机在跑道加速和减速时可以更快速的,并且不会出现需要驾驶员及时调整车轮速度的紧急情况,从而让飞机能更安全快速的起飞和降落。(The invention provides an airplane brake electro-hydraulic servo system with high response and high stability, which comprises: the driver steps on the brake pedal to control the speed of the airplane wheel, wherein the tail end of the brake pedal moves on the sliding rod, the sliding rod exceeds the power-off sheet, a brake signal is given to the controller, the resistor is arranged on the sliding rod, the brake signal can be increased, then an electric signal is transmitted to the electro-hydraulic servo valve, the opening of the valve is enlarged, the piston rod of the hydraulic cylinder is controlled to extend out accurately, the clamping rod is clamped, the quick brake is realized, in addition, the speed of the airplane wheel is detected and fed back to the controller, the controller sends a signal to the servo valve through comparison processing to adjust the stretching direction and stretching amount of the hydraulic cylinder, so that the clamping rod is controlled to adjust the speed of the airplane wheel to be the same, the hydraulic spring is arranged on the clamping rod, the hydraulic spring is provided with the one-way valve and the throttle valve, the rigid collision occurring at the moment when the brake wheel is loosened can be prevented, and the quick brake performance can not be influenced, the airplane can be accelerated and decelerated on the runway, and the emergency condition that a driver needs to adjust the wheel speed in time can not occur, so that the airplane can take off and land safely and quickly.)
技术领域
本发明主要涉及飞机制动领域，主要是涉及一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统。
背景技术
飞机的刹车装置在飞机的起飞和降落过程中具有极为重要的作用，是实现飞机起飞和降落过程的重要设备。飞机驾驶员操作飞机起飞和降落时，一般情况下都需要不停的通过制动来调整方向和速度，这样才能使飞机安全的起飞和降落。
目前的飞机制动大多数都是在飞机进入跑道和退出跑道过程中，驾驶员操纵飞机在地面转弯也是不可缺少的动作，对于没有专门设计前轮转弯操纵机构的飞机来说，地面滑行转弯主要通过飞机制动系统对左右起落架机轮差动制动来实现；即使有前轮转弯操纵机构，差动制动也是进行飞机滑跑方向控制的有效方法。
制动转弯方向取决于两侧机轮制动力矩值，哪侧制动力矩大飞机机头将向那侧转向，导引飞机向所需的方向运动，但这样对飞机操作员的技术要求过高，而且无法一直保持飞机的直线滑行，出现偏差就需要减速，加长了起飞过程的行驶距离，另外一旦出现紧急情况将无法立即制动，而且紧急制动可能会出现方向失控的危险，如今随着航空技术的不断发展，就需要对飞机制动系统进行不断设计创新。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统，通过采用滑动变阻器式的刹车踏板调节控制器调节电液伺服阀的控制信号，并实时调整飞机两侧轮子的速度，并且在飞机两侧的轮子上安装有速度传感器，能实时检测到两轮的速度是否发生偏差。当发生偏差时，会发出控制信号来调整两轮的速度偏差，从而达到能够高响应制动且稳定的起飞和降落的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统，其中包括：刹车踏板(1)、弹簧(2)、电阻(3)、断电片(4)、滑块(5)、滑杆(6)、控制器(7)、飞机右轮电液伺服阀(8)、飞机左轮电液伺服阀(9)、飞机左轮左刹车轮(10)、飞机左轮(11)、飞机左轮速度传感器(12)、飞机左轮右刹车轮(13)、左油箱(14)、左单向阀(15)、左节流阀(16)、左非对称液压缸(17)、左夹紧杆(18)、左联接件(19)、左轮双顶出对称液压缸(20)、右轮双顶出对称液压缸(21)、右夹紧杆(22)、右联接件(23)、右非对称液压缸(24)、右单向阀(25)、右节流阀(26)、右油箱(27)、飞机右轮左刹车轮(28)、飞机右轮速度传感器(29)、飞机右轮(30)、飞机右轮右刹车轮(31)。
其中，刹车踏板(1)下面与弹簧(2)固定，使刹车踏板在不工作的情况下可以自动回弹，并且在刹车踏板(1)末端通过滑块(5)与滑杆(6)联接在一起，并且滑块(5)可以在滑杆(6)和电阻(3)上滑行，从而到达滑动变阻器的效果。另外，电阻(3)固定在滑杆(5)上，其中断电片(4)固定在电阻(3)顶端，当弹簧回弹带动滑块上移，滑块移动到断电片后就不会再有制动信号输出。
滑块(5)与滑杆(6)末端都通过导线接入控制器(7)，另外，飞机左轮速度传感器(12)和飞机右轮速度传感器(29)会将信号也传回控制器(7)，通过控制器(7)将信号处理然后给飞机左轮电液伺服阀(9)和飞机右轮电液伺服阀(8)从而来分别控制左轮双顶出对称液压缸(20)和右轮双顶出对称液压缸(21)的伸缩，并且右夹紧杆(22)和左夹紧杆(18)的末端装有飞机右轮左刹车轮(28)和飞机左轮左刹车轮(10)，使得左夹紧杆(18)和右夹紧杆(22)进行夹紧时，刹车轮会夹紧飞机轮达到制动的目的。
左夹紧杆(18)和右夹紧杆(22)的靠近飞机左轮左刹车轮(10)和飞机右轮左刹车轮(28)的一边都装有液压弹簧，左边液压弹簧由非对称液压缸(17)和左油箱(14)联接着左单向阀(15)和左节流阀(16)组成，右边液压弹簧由非对称液压缸(24)和右油箱(27)联接着右单向阀(25)和右节流阀(26)组成，通过液压弹簧可以使制动时不会有刚性碰撞且不影响刹车快速性。
所述的一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统，其特征在于其运用了速度反馈原理，当控制器接收到速度传感器反馈回来的信号时，会通过控制电液伺服阀的开口大小，来控制液压缸的伸缩量，来达到制动的目的，并且当不踩刹车踏板时，飞机两轮的速度也会被调节，防止由于外界干扰因素导致的两轮速度不一致，且夹紧杆在工作时会需要克服液压弹簧力做功，运用公式如下：
公式一：u2＝Kuxp
公式二：I＝Ka(ur-u2)
公式三：X1＝IK11G1(s)
公式四：QL＝KqX1-KcpL
公式五：
公式六：F＝A1pL＝m1s2xp+Bsxp+Kxp+F1
公式七：I＝Ka(u3-u2)
公式八：X1＝IK11G1(s)
公式九：QL＝KqX1-KcpL
公式十：
公式十一：F＝A1pL＝m1s2xp+Bsxp+Kxp+F1
其中，公式一，Ku反馈增益，xp为活塞的位移；公式二，I为控制电流，Ka为放大器增益，ur为输入电压，u2为反馈电压；公式三，X1为伺服阀的阀芯位移量，K11为电液伺服阀增益，G1(s)为伺服阀的传递函数；公式四，QL为伺服阀的输出流量，Kq为伺服阀的流量增益，Kc为伺服阀的压力增益，pL为负载压力；公式五，A1为活塞的有效面积，Ctp为液压缸的总泄露系数，Vt为液压缸的总容积，βe为有效体积弹性模量；公式六，F为液压缸输出力，m1活塞及活塞杆折算到活塞上的总质量，B为活塞杆粘性的阻尼系数，K为负载刚度，F1作用到活塞上的任意外力；公式七：u3为速度传感器反馈电压
附图说明
图1本发明一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统结构简图。
图2本发明一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统方块图。
图3本发明一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统等效液压弹簧原理图。
附图1中标记说明：刹车踏板(1)、弹簧(2)、电阻(3)、断电片(4)、滑块(5)、滑杆(6)、控制器(7)、飞机右轮电液伺服阀(8)、飞机左轮电液伺服阀(9)、飞机左轮左刹车轮(10)、飞机左轮(11)、飞机左轮速度传感器(12)、飞机左轮右刹车轮(13)、左油箱(14)、左单向阀(15)、左节流阀(16)、左非对称液压缸(17)、左夹紧杆(18)、左联接件(19)、左轮双顶出对称液压缸(20)、右轮双顶出对称液压缸(21)、右夹紧杆(22)、右联接件(23)、右非对称液压缸(24)、右单向阀(25)、右节流阀(26)、右油箱(27)、飞机右轮左刹车轮(28)、飞机右轮速度传感器(29)、飞机右轮(30)、飞机右轮右刹车轮(31)。
附图3中标记说明：液压缸体(50)、活塞杆(51)、单向阀(52)、节流阀(53)、油箱(54)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统，主要包括：刹车踏板(1)、弹簧(2)、电阻(3)、断电片(4)、滑块(5)、滑杆(6)、控制器(7)、飞机右轮电液伺服阀(8)、飞机左轮电液伺服阀(9)、左轮刹车轮(10)、飞机左轮(11)、飞机左轮速度传感器(12)、左轮刹车轮(13)、油箱(14)、单向阀(15)、节流阀(16)、非对称液压缸(17)、夹紧杆(18)、联接件(19)、左轮双顶出对称液压缸(20)、右轮双顶出非对称液压缸(21)、夹紧杆(22)、联接件(23)、非对称液压缸(24)、单向阀(25)、节流阀(26)、油箱(27)、右轮刹车轮(28)、飞机右轮速度传感器(29)、飞机右轮(30)、右轮刹车轮(31)。
请参阅图1，其中，刹车踏板(1)下面与弹簧(2)固定，使刹车踏板在不工作的情况下可以自动回弹，并且在刹车踏板(1)末端通过滑块(5)与滑杆(6)联接在一起，并且滑块(5)可以在滑杆(6)和电阻(3)上滑行，从而到达滑动变阻器的效果。另外，电阻(3)固定在滑杆(5)上，其中断电片(4)固定在电阻(3)顶端，当弹簧回弹带动滑块上移，滑块移动到断电片后就不会再有制动信号输出。
请参阅图1，滑块(5)与滑杆(6)末端都通过导线接入控制器(7)，另外，飞机左轮速度传感器(12)和飞机右轮速度传感器(29)会将信号也传回控制器(7)，通过控制器(7)将信号处理然后给飞机左轮电液伺服阀(9)和飞机右轮电液伺服阀(8)从而来分别控制左轮双顶出对称液压缸(20)和右轮双顶出对称液压缸(21)的伸缩，并且右夹紧杆(22)和左夹紧杆(18)的末端装有飞机右轮左刹车轮(28)和飞机左轮左刹车轮(10)，使得左夹紧杆(18)和右夹紧杆(22)进行夹紧时，刹车轮会夹紧飞机轮达到制动的目的。
请参阅图1，左夹紧杆(18)和右夹紧杆(22)的靠近飞机左轮左刹车轮(10)和飞机右轮左刹车轮(28)的一边都装有液压弹簧，左边液压弹簧由非对称液压缸(17)和左油箱(14)联接着左单向阀(15)和左节流阀(16)组成，右边液压弹簧由非对称液压缸(24)和右油箱(27)联接着右单向阀(25)和右节流阀(26)组成，通过液压弹簧可以使制动时不会有刚性碰撞且不影响刹车快速性。
请参阅图2，一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统，其特征在于其运用了速度反馈原理，当控制器接收到速度传感器反馈回来的信号时，会通过控制电液伺服阀的开口大小，来控制液压缸的伸缩量，来达到制动的目的，并且当不踩刹车踏板时，飞机两轮的速度也会被调节，防止由于外界干扰因素导致的两轮速度不一致，且夹紧杆在工作时会需要克服液压弹簧力做功，运用公式如下：
公式一：u2＝Kuxp
公式二：I＝Ka(ur-u2)
公式三：X1＝IK11G1(s)
公式四：QL＝KqX1-KcpL
公式五：
公式六：F＝A1pL＝m1s2xp+Bsxp+Kxp+F1
公式七：I＝Ka(u3-u2)
公式八：X1＝IK11G1(s)
公式九：QL＝KqX1-KcpL
公式十：
公式十一：F＝A1pL＝m1s2xp+Bsxp+Kxp+F1
请参阅图2，其中，公式一，Ku反馈增益，xp为活塞的位移；公式二，I为控制电流，Ka为放大器增益，ur为输入电压，u2为反馈电压；公式三，X1为伺服阀的阀芯位移量，K11为电液伺服阀增益，G1(s)为伺服阀的传递函数；公式四，QL为伺服阀的输出流量，Kq为伺服阀的流量增益，Kc为伺服阀的压力增益，pL为负载压力；公式五，A1为活塞的有效面积，Ctp为液压缸的总泄露系数，Vt为液压缸的总容积，βe为有效体积弹性模量；公式六，F为液压缸输出力，m1活塞及活塞杆折算到活塞上的总质量，B为活塞杆粘性的阻尼系数，K为负载刚度，F1作用到活塞上的任意外力；公式七：u3为速度传感器反馈电压。
请参阅图3，图中标记说明：液压缸体(50)、活塞杆(51)、单向阀(52)、节流阀(53)、油箱(54)。
请参阅图3，飞机轮需要制动时：液压缸无杆腔的油液被压缩时，有杆腔的体积变大，则会使有杆腔和油箱(54)产生压差，油箱(54)里的油液将会通过单向阀(52)进入液压缸的有杆腔，这个过程并不会影响快速制动。
请参阅图3，飞机轮不需要制动时，液压缸(50)不受夹紧力时，无杆腔的压力大于有杆腔，此时液压杆(51)将会向右移动，有杆腔的油液将经过节流阀(53)回到油箱(54)，这个过程液压杆(51)的移动比较稳定，不会产生刚性碰撞，从而增加了飞机制动电液伺服控制系统的使用寿命。
综上所述，发明了一种具有高响应和高稳定特性的飞机制动电液伺服系统，通过踩刹车踏板可以快速调节飞机在跑道上的行驶速度，其中刹车踏板末端采用了滑动变阻器来实现快速刹车的电信号控制，另外飞机两侧机轮处装有速度传感器，传感器反馈的信号经过控制器处理后，可以改变电液伺服阀的输出流量，使得液压缸伸缩量发生相应的变化，从而使得夹紧杆在工作状态下，就可以把速度快的轮子的速度降下来，达到两轮速度一致，并且不管是否踩踏板，两轮速度一直都在进行实时反馈调节，以达到两轮速度保持一致的目的，系统方块图如下：
参考上图，所得公式如下：
公式一：u2＝Kuxp
公式二：I＝Ka(ur-u2)
公式三：X1＝IK11G1(s)
公式四：QL＝KqX1-KcpL
公式五：
公式六：F＝A1pL＝m1s2xp+Bsxp+Kxp+F1
公式七：I＝Ka(u3-u2)
公式八：X1＝IK11G1(s)
公式九：QL＝KqX1-KcpL
公式十：
公式十一：F＝A1pL＝m1s2xp+Bsxp+Kxp+F1
其中输入对系统输出位移的传递函数为：
传感器的速度信号输入对位移输出的传递函数：
外干扰力对位移输出的传递函数：
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