飞机自馈能式电液一体化刹车系统研究

飞机刹车系统目前仍普遍使用液压刹车，故障率较高。全电是未来飞机发展趋势，电动刹车成为热点，但大飞机的大功率电刹车是研究难点。随我国大运、大客的发展，高效高可靠刹车系统研究迫在眉睫。.本申请提出了一种全新的飞机自馈能式电液一体化刹车系统（已申请专利），主要思路是：将恒压变量泵与主机轮相连，当主机轮着陆旋转后，立即形成恒压油源，为刹车阀和作动活塞提供高压油；匹配设计的蓄能器用于解决机轮低速旋转时的系统压力问题。围绕此原理构成电液一体化刹车装置。原理上具有原创性，自动回收飞机着陆滑跑动能，取消了来自机体的管路；在安全性上优于纯液压刹车，在结构、散热和性能上优于电动刹车。.此种全新的结构存在一系列基础理论与技术问题。本研究主要解决：泵阀耦合伺服控制理论、基于效率的能量最优控制理论与刹车控制性能问题；一体化结构设计、余度配置与动态模拟问题；半实物仿真与试验方法等难题，提高刹车性能、可靠性与维护性。

基于回收飞机制动时少部分动能并用于刹车的原创性思想，开展了新型的飞机自馈能式电液刹车系统理论和关键技术研究。该系统最大特点是无需主机能量，采用一体化结构放置于轮边，取消从发动机主泵引来的长供油管路，顺应多电飞机功率电传的发展潮流。该系统突出优势如下：（1）对于主机有极高的安全性，即使主机在无动力应急情况下也能正常刹车；（2）相比传统飞机液压刹车系统具有更高的可维护性和经济性；（3）保留了成熟的液压刹车作动装置，成熟度等级、性能和可靠性优于全电刹车。. 在基金支持下提出了原理创新和关键技术创新：（1）国际首次提出了自馈能刹车作动新原理；（2）提出基于高速开关阀和滑移率大闭环的流量阀刹车控制方案。. 在基金支持下完成三项研究内容：（1）自馈能刹车作动系统主/备刹车构型的创成机理；（2）自馈能刹车作动系统能量管理；（3）自馈能刹车作动系统防滑控制。. 围绕基金的技术路线完成了如下四方面工作和成果：（1）针对本基金提出的新原理，完成了自馈能式刹车系统的设计方法和数学模型仿真模型的理论研究；经过多学科优化设计与仿真迭代完成了自馈能式电液刹车虚拟样机设计；在此基础上试制了地面民品元件样机和某无人机工程化样机等多版本的自馈能式电液刹车和控制器样机。（2）针对自馈能刹车系统的防滑控制和能量管理问题，设计了基于李雅普诺夫理论反演设计方法的控制算法。（3）针对自馈能系统小型化与传统先导刹车压力阀的大泄漏矛盾，提出基于高速开关阀和滑移率大闭环的流量阀刹车控制方案。（4）改造并搭建了飞机刹车半实物仿真实验平台，对样机的性能进行了地面半实物仿真试验，测试结果表明新系统原理正确，能在无机载供能的情况下，正常完成刹车功能，所设计的控制器防滑刹车控制效果良好，充分验证了最初的设想。. 在基金支持下申请国家发明专利5项（其中授权1项，扩展申请国际专利1项）；发表行业顶级期刊SCI论文1篇，投稿1篇，EI论文3篇，博士论文1篇；培养博士1名。. 该基金开拓了广阔的新天地，其中，后续基础研究工作成为国家民口973项目“大型飞机电液动力控制与作动系统新体系基础研究”课题六的子课题（该项目负责人所在团队牵头，2014年1月开题）；技术工程化获批某装备重点预研项目1项（200万），已经在某型号牵引下完成某飞机的刹车样机初样设计和试制，为将来机载应用做准备。