某型飞机刹车踏板模拟驱动系统设计与实现

周嘉涛

摘 要：该文介绍了为专门用于检测并验证某型飞机的刹车踏板系统的功能、性能的地面非标试验设备。该设备能够在不破坏飞机原有刹车系统零部件结构的前提下，具备刹车脚蹬驱动的功能，能与其它地面试验支持设备配合完成地面综合模拟试验中机轮刹车蹬驱动系统的试验任务，有效实现铁鸟平台对试飞取证的支持。系统主要由刹车踏板驱动装置、LVDT激励及采集系统等组成。

关键词：刹车 踏板系统 脚蹬驱动装置 LVDT激励 力学仿真

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0088-02

刹车踏板驱动装置用于模拟人脚踩踏刹车踏板的动作[1]，并记录踏板转动角度与踏板受力的关系[2]。供机构驱动刹车踏板产生刹车信号代替驾驶员对脚蹬的操作运动，由驱动机构驱动驾驶员脚蹬产生位移[3]，通过脚蹬LVDT传感器向刹车控制单元提供刹车信号，满足刹车脚蹬的位移-力曲线关系的测试[4-5]。

1 刹车踏板驱动装置设计

此驱动机构主由两台MOOG公司的伺服驱动器以一定角度来驱动踏板转过一定的角度。模型总体图如下图1所示。

驱动时，需按上图安装、装配，作动器的倾角可以由支撑杆的长短来调节，长度调节完成之后，应将锁紧螺母锁死，踏板夹具、滑轨、传感器应先安装在踏板上，而后再跟作动器相连。为了尽量减小干扰力F2，驱动件与踏板夹具之间采用滚动滑轮连接，利用滚动摩擦因数较小的原理，尽量降低干扰力的大小。连接处如图2所示。

2 刹车踏板驱动装置

试验过程中，应在导轨上加适量的润滑油，减小摩擦力保证滑轮的滑动自如，上下调节通过手动调节轮调节如图3所示，左右调节通过横向滑轨手动滑动，调节完毕之后可将其用锁紧螺母锁紧，如图4所示。左右调节距离范围是154～384 mm（指作动缸中心距离，理论工作间距354.4 mm），上下调节范围489～760 mm（指作动缸后座支撑销高度，设计工作高度689 mm）。另外上下调节时需要将锁紧螺栓松开，因为滚珠丝杆没有自锁功能，松开之后转动手动调节手轮调节到合适的位置后，将紧定螺栓再次锁死。安装时应利用升降台如下图所示来给作动器定位，保证作动筒的水平位置，而可伸缩杆可提供适当的压紧力，在伸缩杆长度调节完成之后应将紧定螺母锁紧，使得在整个驱动过程中作动筒整个位置的固定，其上下调节是通过后座上的调节手轮来实现，调节范围为120～200 mm（指作动缸中心位置离地面高度）。

设备调试过程中，作动器的伸出速度不宜过高，并时刻观察滑轨处是否卡住，一旦发现卡住或者滑动不顺畅，需停止作动器工作，排除故障之后才可以继续工作。

3 仿真计算

以ADAMS对整个工作过程进行动力学仿真，模拟整个工作过程的运动、受力情况，并得到一些关键力的数据。

以ADAMS，WORKBENCH联合仿真，将ADAMS动力学仿真得到的交变力输入到WORKBENCH，得到支架在作动缸的作用下的变形情况，以评估支架的可靠程度并进行必要的改进。

而载荷力的大小是要根据ADAMS动力学仿真中，作动筒对接触点的作用力而确定，将ADAMS得到的数据曲线通过一定的处理并导入到WORKBENCH，作为其载荷。

通过联合仿真，可得到整个支架的等效应变，最大应力集中在T型螺栓处，大约为25.7 MPa。总体位移最大位移处总体位移大约为0.016 mm，与实际情况相符满足需求。

4 LVDT激励及采集系统

方案采用ADI芯片组，主要由LVDT激励模块、LVDT信号调理模块、ADC转换模块、USB转换模块以及供电模块组成。

（1）LVDT激励模块用于对LVDT传感器初级线圈进行励磁，提供工作磁场。

（2）LVDT信号调理模块用于对LVDT传感器两个次级线圈的电压差先与初级线圈电压差进行除法运算消除输入波动，再进行滤波、放大。

（3）ADC转换模块用于对输入的经过放大后的模拟量信号进行模数转换并输出；

（4）USB转换模块是将ADC芯片输出的信号转换成支持USB总线的信号，方便与上位机进行通讯。

（5）供电模块主要对上述各模块供电。

方案采用美国ADI公司的芯片组，主要采用型号EVAL-CN0301-SDPZ的LVDT信号激励调理电路板、型号EVAL-SDP-CB1Z的USB转换模块、型号EVAL-CFTL-6V-PWRZ的220V AC转6V DC电源模块。其中LVDT信号激励调理电路板包含了LVDT信号激励模块、信号调理模块以及ADC转换模块。

LVDT信号激励调理电路板集成了信号激励模块、信号调理模块和ADC转换模块。它主要由型号AD698的激励调理芯片、型号AD8615的轨对轨运算放大器、型号AD7992的12位逐次逼近型ADC以及配套的电容电阻等无源元件构成。其基本原理简图如图5所示。

USB转换模块采用ADI公司的模拟设备系統演示平台系列里的转换USB电路板卡，型号EVAL-SDP-CB1Z。

5 结语

该装置能够实现模拟人脚踩踏刹车踏板的动作，并记录踏板转动角度与踏板受力的关系。具有结构紧凑、布局合理、维护简单、操作方便、移动灵活的特点。

参考文献

[1] 高泽迥.飞机设计手册第14分册-起飞着陆系统设计[M].北京：航空工业出版社，2002.

[2] 麻士东.飞机起落架缓冲系统动力学仿真研究[D].南京：南京航空航天大学，2004.

[3] 朱伟.某型飞机起落架的收放与转弯机构可靠性研究[D].长沙：中南大学，2011.

[4] 丁武.飞机起落架运动协调与分析技术研究[D].西安：西北工业大学，2002.

[5] 王铁勇.飞机起落架缓冲器的主动控制技术的分析与研究[D].西安：西北工业大学，2003.