大型民用飞机转弯系统研究

王汉斌

【摘 要】飞机前轮转弯系统是起落架系统的重要组成部分，本文对比分析了某A型飞机和某B型飞机的转弯系统，结合已经在小型飞机和无人机上得到应用的全电转弯技术，提出在大型民用飞机上采用全电转弯的构想，为相关设计提供参考。

【关键词】液压系统；前轮转弯系统；全电转弯；减摆控制

0 前言

现代飞机的前轮转弯系统其作用不仅限于操纵飞机前轮转弯，它还可以起到前轮减摆等作用。转弯系统为飞机在地面提供方向控制，具有低速滑行大角度转弯和高速滑行小角度修正航向，确保飞机平稳滑行；在故障状态下，能够自动进入自由转向模式，具有防止发生摆振和被动控制功能。

目前在民用飞机上采用两种转弯操纵方式：手轮转弯和脚蹬转弯。在驾驶舱设置一个或者两个转弯手轮供飞行员操纵前轮转弯。转弯手轮主要用于飞机低速滑行使用，此时可控制的转弯角度较大，转弯半径小；脚蹬转弯主要在飞机起飞和着陆过程中高速滑跑时使用，此时可控制转弯角度较小，转弯半径大。两种方式结合使用，增加了系统余度，提高了安全性。

在大型民用飞机上，起落架转弯系统通常采用液压压力作为能源。本文通过研究某B型飞机和某A型飞机的转弯系统，基于民用飞机多电和全电的发展方向，提出在大型客机上使用全电转弯系统设想。

1 转弯系统的组成部分

1.1 转弯系统架构

民用飞机的前轮转弯系统主要由机轮、扭力臂、转弯作动筒、缓冲支柱、斜撑杆、液压管路、控制盒和其它结构件组成，如图1所示。

图1 前轮转弯系统

1.2 工作原理

图2为转弯系统控制原理框图，转弯控制指令可以由手轮和脚蹬单独给出，也可以由两者同时作用。由控制系统框图可以看出，转弯系统采用的是负反馈控制，前轮转弯角度作为反馈信号，与转弯指令信号进行比较后给出控制信号，从而控制电液伺服阀，并进一步驱动转弯作动筒进行前轮转弯。

图2 转弯系统控制原理框图

2 B型飞机和A型飞机转弯系统设计

B型飞机采用推挽式机械-液压转弯系统，所需能源由液压系统提供，主要由输入机构（手轮和方向舵脚蹬）、控制钢索、伺服阀、反馈钢索和转弯作动筒这几部分组成。

其工作原理：在起落架放下后，液压能源到达切断阀，从转弯手轮或方向舵脚蹬输入转弯信号，经过钢索将转弯操纵信号传递至转弯伺服阀，打开油路，高压油到达两个转弯作动筒的不同腔，转弯作动筒通过连接，将驱动力通过扭力臂传递到轮轴上，两个作动筒一推一拉，驱动前轮偏转。前轮转动时，通过转弯套筒上的反馈钢索将机轮的位置信号提供给转弯计量活门，实现手轮或脚蹬对前轮的伺服控制。

B型飞机前轮转弯最大限制角度在起飞和着陆滑跑阶段分别为：（1）脚蹬操控时：±7°；（2）手轮操控时：±78°。

A型飞机采用齿轮齿条式电控-液压转弯系统，其工作原理：按压并转动转弯手轮或直接蹬动方向舵脚蹬发出转弯指令，转弯指令在转弯控制组件内与其它相关信号进行逻辑运算，根据运算结果控制转弯控制阀内电磁阀的通断和电液伺服阀电流的大小，使液压油流入转弯作动筒的对应腔，驱动前轮偏转。在一个作动筒内，齿轮齿条机构的运动使作动筒两腔产生压力差，在液压力的驱动下，齿条驱动齿轮的旋转筒，旋转筒转动带动前轮转动，从而实现飞机转弯。

A型飞机前轮转弯最大限制角度在起飞和着陆滑跑阶段分别为：（1）脚蹬操控时：±6°；（2）手轮操控时：±75°。

3 优缺点分析

B型飞机采用了推挽式转弯系统，是一种传统的机械液压控制模式，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。双作动筒式前轮转弯系统的功能主要体现为两个作动筒操纵前轮进行转向，它能够满足大型民机对低速大转角和大转弯力矩的要求，但其运动复杂，对操纵控制系统的要求较高。

A型飞机采用了齿轮齿条式转弯系统，是一种较为先进的电传式前轮转弯系统。系统的指令和反馈都是通过电信号传输，操纵力矩由手轮设计的操作力矩决定，能较好地改善操作性，特别是手轮操纵时的性能。电传式前轮转弯系统只有脚蹬传感器、手轮、控制器、转弯控制阀和作动器等5个部件，功能集成度高，也减少了系统的重量，符合飞机总体减重的要求。电传式前轮转弯系统的最大特点是引入了控制律，没有任何机械连接关系，这样使系统部件的布局方便，同时方便转弯系统调整参数。

综上所述，A型飞机的转弯方式是在B型飞机机械液压控制模式的基础上引入了电传控制，符合民机转弯系统的发展方向。另外，该方式的作动部件仍采用的是机械液压作动筒，存在液压油泄漏、维护不方便等缺点。

4 全电转弯系统

目前，电转弯系统在小型飞机和无人机上得到了一些应用，国内对于大型客机的全电动转弯装置还缺乏研究和应用。根据小型飞机上的应用情况，起落架电转弯控制系统主要由减摆器、控制器、转动电机、减速器、连接轴、连接杆、角度传感器等组成。在地面滑跑转弯时，控制器控制电机转动，电机通过连接轴、减摆、连接杆将力传递给机轮，从而驱动机轮转动，并通过角度传感器实时向控制器反馈起落架的转弯角度，实现电转弯控制功能。

全电转弯系统具有传统转弯系统不具备的优点：（1）使用电机代替液压作动器，减轻系统重量，维护方便；（2）全电传操控，具备容错和自检测功能。鉴于上述优点，在大型客机全电发展的背景下，可以采用全电式转弯系统。

5 结束语

本文针对某两个型号飞机的前轮转弯系统进行了分析比较，结合目前已经在小型飞机上得到应用的全电转弯技术，提出大型民机上采用全电转弯系统的设想，为今后国内大型客机起落架电转弯系统的设计提供参考。

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