23部通用飞机起落架警告设计研究与应用

2022-06-21杨蕊姣吴金宇王伟

机械工程师 2022年6期

杨蕊姣，吴金宇，王伟

（1.中电科芜湖钻石飞机制造有限公司，安徽芜湖 241000；2.中电科芜湖通用航空产业技术研究院有限公司，安徽芜湖 241000）

0 引言

起落架系统是飞机的重要承力并具有操纵特性的部件，在固定翼飞机起飞降落中承担着极其重要的使命。起落架有固定式和可收放式两类，固定式起落架结构简单，但飞行过程对气动特性有一定的影响，通常在低速小飞机中使用；高性能通用飞机及民航客机通常采用可收放式起落架，该类飞机在降落过程中，需确保起落架放下且到位，并给予飞行员明确指示后，飞行员才能执行降落动作，确保安全降落，因此起落架的位置指示及告警对具有可收放起落架的固定翼飞机至关重要。

国内研发的CCAR23部通用飞机起落架警告系统设计必须满足中国民用航空局适航条款要求。中国民用航空总局适航规章CCAR23.729（f）条对起落架警告及消除系统的设计有明确的要求，规定了对于陆上飞机，必须提供下列音响或者是等效的起落架警告装置：1）该装置在1个或几个油门收回超过正常着陆进场位置，而起落架未完全放下和锁住时，将连续发声。如果本条规定的警告装置设有人工停响措施，则此警告系统必须设计成当1个或几个油门收回后警告已被暂停时，随后再减小任一油门到（或超过）正常着陆进场位置，将会启动警告装置。2）在使用正常着陆程序时，该装置在襟翼放下到超过最大进场的襟翼位置，而起落架未完全放下和锁住时，将连续发声。该装置不得设置人工停响措施[1]。

本文针对中国民航规章对23部通用飞机起落架警告系统的设计要求，结合某型通用飞机起落架的特点，进行该型飞机起落架警告系统设计，通过实际装机及试验验证该系统的使用效果。

1 相关系统功能介绍

1.1 起落架指示及警告系统

起落架指示系统主要用于向飞行员提供指示信息，让飞行员明确知晓当前起落架状态，是收起并锁住状态，或放下并锁住状态，或运动中状态，通常使用指示灯，或者在主飞行显示器里指示。

警告系统主要用于提示飞行员当前需要放下起落架，或者提醒起落架发生故障；起落架指示及警告系统是飞行员在座舱中知晓起落架状态的直接来源，如其失效，将直接影响降落安全，因此该系统的重要性很高。

1.2 油门

油门是动力系统的控制部件，飞行员通过推拉油门杆以增加或减小油门，来调节飞行速度。飞机起飞及正常飞行时，油门量都会超过一定值，从而保证动力系统的有效输出，维持飞机正常飞行，一般只有在飞机降落过程，所有油门才会收至接近怠速位置，此时飞机应该放下起落架，以备降落。

1.3 襟翼系统

襟翼系统主要是为了增加飞机升力，在起飞及着陆过程中使用襟翼，在较小的飞行速度下维持飞机的升力，以减小起飞及降落过程中的滑跑距离[2]，因此襟翼位置一般设计有起飞位、正常飞行位、降落位，飞行员将襟翼设置在降落位，一般表明准备降落，此时飞机应该放下起落架。

2 起落架警告系统的设计

2.1 系统组成

2.1.1 相关部件介绍

以当前常用于通用飞机的液压驱动可收放前三点式起落架为例，介绍该起落架警告系统的组成及工作原理。

1）起落架开关。起落架收放由飞行员操作仪表面板的摇臂开关来控制，具有收起及放下两个位置，如图2所示，前起落架及主起落架同时受该开关控制，开关动作后，通过液压组件驱动起落架的收起及放下。

2）起落架位置传感器。在起落架舱表征起落架完全收上及完全放下到位位置设置收上到位及放下到位开关，以给起落架状态指示提供输入信号。

3）起落架位置指示灯。仪表面板上设置起落架位置指示灯，用来给飞行员提供起落架当前状态[3]，在3个起落架放下且到位时，绿灯亮起，如果某个起落架没有按开关动作完成收上或放下，则红色警告灯亮起，如图2所示。

图2 起落架收放开关及状态指示灯

4）油门操作杆位置传感器。油门操作杆位于驾驶舱主副驾驶中间，在油门达到需要放下起落架位置设置油门位置传感器，如图3所示。

图3 油门位置传感器

5）起落架警告及消除。在仪表板设置蜂鸣器，用以提示飞行员当前起落架没有在正确位置，以及设置警告消除按扭，如图4所示，用于飞行员明确知晓该警告，并可主动选择忽略该警告。

图4 起落架警告消除按钮

6）襟翼位置传感器。襟翼由襟翼开关驱动，在襟翼放下到位位置，设置襟翼位置传感器，与油门位置传感器类似。

2.1.2 系统组成框图

起落架警告系统组成如图5所示，系统由起落架到位开关、左/右油门位置开关、襟翼放下到位开关、警告消除按钮、警告蜂鸣器、警告及消除相关控制继电器组成，其中：1）左/右油门位置开关，用于向告警电路提供飞机状态信息；2）襟翼放下到位开关用于向警告电路提供襟翼位置信息；3）警告消除按键用于消除警告；4）警告蜂鸣器用于起落架警告音调生成；5）警告及消除控制继电器包含由用于控制由油门位置引起的起落架警告的接通及消除的继电器，以及由襟翼位置引起的起落架警告的触发控制。

图1 前三点式可收放起落架

图5 起落架警告系统组成图

2.2 工作原理

2.2.1 针对油门位置引起警告及消除的原理

针对CCAR23.729（f）条款第一条的要求，即油门位置触发的起落架警告的要求，通过使用双线圈电磁继电器以及搭建逻辑电路来实现，图6是起落架警告及消除系统原理图，下边详细解释电路工作原理。

1）当左油门收至着陆位置，触发左油门位置开关S5闭合的位置时，如此时前起落架放下到位开关S1、S2，或左起落架到位开关S3，或右起落架到位开关S4未闭合，即C与NC接通，则警告峰鸣器的“-”极通过警告控制继电器R2的11脚、13脚、左油门位置开关S5的NO、C脚，以及某一放下到位开关的NC及C脚与地接通，由于蜂鸣器B1的“+”极一直与28 V电源接通，则此时蜂鸣器B1发出连续警告音。

2）按压警告消除按钮K1，此时警告控制继电器R2的SET线圈得电，13脚与9脚接通，8脚与4脚接通，蜂鸣器B1的“-”极无通路到地，则蜂鸣器停响。

3）此时，收右油门至触发右油门位置开关S6闭合位置，由警告峰鸣器的“-”极通过警告控制继电器R3的11脚、13脚，右油门位置开关S6的NO、C脚，以及放下到位开关的NC及C脚再次与地接通，蜂鸣器B1再次连续发出警告音。

4）此时，按压警告消除按键K1，警告控制继电器R2及R3的SET线圈得电，各自13脚与9脚接通，8脚与4脚接通，蜂鸣器B1的“-”极通过警告控制继电器R2的8脚、4脚，警告控制继电器R3的8脚、4脚，以及放下到位开关的NC及C脚与地接通，蜂鸣器B1警告音无法消除。

先收右油门、再收左油门与上述原理类似，不再重复叙述。

2.2.2 针对襟翼位置引起警告的工作原理

针对CCAR23.729（f）条款第二条的要求，即襟翼位置触发的起落架警告的要求，通过使用普通电磁继电器及搭建逻辑电路来实现。

如图6所示，当襟翼放到至着陆状态，即襟翼到位开关S7闭合，则襟翼警告逻辑控制继电器R1吸合，如此时前起落架放下到位开关S1、S2，或左起落架到位开关S3，或右起落架到位开关S4未闭合，即C与NC接通，则警告峰鸣器的“-”极通过襟翼警告逻辑控制继电器R1的87、30脚，以及某一放下到位开关的NC及C脚与地接通，蜂鸣器B1发出连续警告音，无法通过警告消除按钮使停响。