民用飞机前轮转弯系统转弯指令设计考虑

摘 要：现代飞机的转弯系统大多采用电传操控-液压作动的方式，为飞机在地面提供转弯能力，而提供转向能力的器件一般为转弯脚蹬和转弯手轮。通过对典型民机前轮转弯系统中转弯脚蹬指令和转弯手轮指令相互关系的设计分析，可以为民机前轮转弯系统设计提供参考。

关键词：前轮转弯控制系统 电传操纵 转弯指令 转弯脚蹬 转弯手轮

中图分类号：V22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（c）-0062-02

某型飞机在侧风低速滑行时，飞行员使用转弯脚蹬控制方向，在使用转弯手轮进行接管时，出现机轮回中，转弯不平滑的现象。经过调查发现，引起机轮回中，转弯不平滑的原因为该型飞机转弯手轮超控脚蹬指令，转弯手轮指令与转弯脚蹬指令不叠加，造成手轮接管时，转弯控制组件接收手轮的指令而使机轮回中的现象。由于电传操纵系统在稳定性、操纵性以及响应性的优势，大多数民航飞机的转弯系统都采用电传操纵系统。该文针对电传控制的前轮转弯系统转弯脚蹬指令和转弯手轮指令相互关系进行了分析，希望能为国内民机前轮转弯控制系统设计上提供技术支持。

1 系统原理分析

目前民机前轮转弯控制系统采用数字式电传转弯技术，由转弯手轮、转弯控制组件SCU、转弯控制阀、转弯位移传感器、齿轮齿条机构和转弯解除开关等组成，具有电控转弯、减摆及转弯解除等功能[1]。某型飞机前轮转弯系统脚蹬指令与手轮指令关系，如图1所示。

某型飞机转弯系统需求定义中，SCU控制通道处理的指令由手轮指令或脚蹬指令生成。手轮转弯优先于脚蹬转弯，转弯手轮可超控脚蹬。手轮指令与脚蹬指令不叠加。仅转弯脚蹬指令输出时，转弯系统执行脚蹬指令输出，仅转弯手轮指令输出时，转弯系统执行转弯手轮指令输出，当转弯脚蹬指令+转弯手轮指令输出时，手轮指令优先于脚蹬指令，转弯系统执行手轮指令输出。

1.1 手轮转弯

当机轮速度小于20 kt时，前轮最大转弯角度为±66°，当机轮速度大于40 kt时，前轮最大转弯角度为±8°，最大转弯角度与机轮速度关系如图2所示。

当机轮小于20 kt，前轮偏转角度是手轮偏转角度的函数而不是线性关系，如图3所示。

1.2 脚蹬转弯

飞机共有两套脚蹬，分别安装在左飞行员座椅和右飞行员座椅前方。在高速滑行阶段，脚蹬转弯可进行小角度纠偏，并且脚蹬转弯最大角度不受机轮速度限制。前轮的偏转角度与方向舵脚蹬行程成线性关系，转弯脚蹬为±8.4°时，对应前轮的最大偏转角度为±8°。

2 计算分析

按照第2章节的介绍，下文将考虑最严酷的情况，即转弯脚蹬满偏后，转弯手轮接管时的飞机瞬态响应进行分析，以说明是否满足设计指标要求。

2.1 分析假设

为简化系统模型，以下分析基于如下假设：（1）双发正常工作；（2）飞机匀速；（3）未使用差动刹车；（4）不考虑飞机航向偏转角；（5）故障状态为瞬时。

2.2 分析参数

（1）前机轮至主机轮长度L=14.9 m；（2）主轮间距B=4.6 m；（3）飞行员反映时间T=1 s。

经过建模分析，考虑最严酷的情况结果如表1所示。

由计算可知，飞机速度越大，横向偏转距离越大，感觉越明显。建议飞行员高速滑行时使用脚蹬来控制方向，飞机轮速低于20节并且需要大角度转弯时使用手轮来控制方向。下面列举不同速度下的飞机轨迹差异的简化模型。

2.3 空速40节（脚蹬8°），飞机航迹差异

由图4可知，在1 s后，飞机在转弯脚蹬满偏，转弯手轮介入后，飞机偏离预定轨迹2.861 m。

2.4 空速20节（脚蹬8°），飞机航迹差异

由图5可知，在1 s后，飞机在转弯脚蹬满偏，转弯手轮介入后，飞机偏离预定轨迹1.431 m。

3 运营风险评估

飞行员在使用转弯脚蹬，手轮介入时，机轮出现回中，如果发现飞机横向偏移量较大，可通过差动刹车来控制飞机航向，增加飞行员的工作负担。

4 现役主流机型相关设计情况

4.1 A320飞机

A320转弯系统手轮指令与脚蹬指令相互叠加，转弯手轮上安装有踏板解除开关。

4.2 B737飞机

B737前轮系统中手轮与脚蹬由各自的钢索进行控制，手轮优先，手轮指令与脚蹬指令不叠加。但是，当使用脚蹬转弯并同时操作手轮时，手轮钢索直接作用扇形轮，并将脚蹬机构脱开，连接过程平滑无突变[2]。

4.3 ERJ190-100飞机

ERJ190-100前轮转弯系统手轮超控脚蹬，手轮指令与脚蹬指令不叠加，手轮优先。

4.4 总结

上述机型转弯系统手轮指令与脚蹬指令之间的关系见表2。

由上述可知，为防止手轮接管脚蹬时出现机轮回中现象，A320飞机采用手轮指令和脚蹬指令代数叠加的方式来避免，B737-800飞机通过特有的钢索形式来解决角度突变问题。

5 结语

通过该文分析，目前现役飞机前轮转弯系统的设计倾向于转弯手轮指令与转弯脚蹬代数叠加的指令输出方式，这样的设计可以避免前轮转弯系统在脚蹬转弯与手轮转弯之间切换时带来的角度突变问题，衔接平滑，并且转弯指令叠加的设计考虑了人机工效问题，对于飞行操纵方面有着较好的优势，比较容易被大多数飞行员所接受，将会成为后续设计机型关于转弯指令设计的首选方案。

参考文献

[1] 夏语冰，钟科林，姜逸民.民用飞机转弯控制系统研究[J].科技资讯，2010（32）：2-3.

[2] 鞠红超.波音737-300型飞机与A320系列飞机前轮转弯控制原理的比较分析[J].航空维修与工程，2011（2）：63-65.