基于Flash CS3的B737飞机起落架刹车系统模拟仿真

华 厚 强

(中国民用航空飞行学院航空工程学院 四川 广汉 618307)

0 引 言

刹车系统是飞机起落架系统中重要结构之一，飞机着陆时具有较大的水平分速，如果没有特别的措施，飞机将需要很长的时间和跑道用于减速。在飞机着陆时，刹车系统能在飞机降落后的滑跑过程中配合扰流板和反推装置增大飞机的阻力，使之迅速减速，减小滑跑所需距离。据波音统计，飞机在地面机动时发生的灾难性事故占总事故的41%，这其中多数事故与刹车系统故障有关。此外，机轮刹车系统还与发动机并列属于飞机寿命期使用成本最大的两个系统[1]。刹车系统能否正常运作关乎飞机安全，具有重大的研究意义。

文献[2]基于流体系统仿真软件Flowmaster平台对大飞机起落架收放控制系统建立仿真模型，分析了典型飞行状态下起落架收放过程，其仿真结果可指导起落架收放控制系统初步设计。文献[3-6]基于AMESIM、文献[7-8]基于EASY5、文献[9]基于Flowmaster对刹车系统和起落架等仿真领域也有应用先例。

Flash CS3是一款由美国Macromedia公司出品的矢量图编辑和动画制作软件，功能强大，容易上手，继承了先前其他矢量图形软件的优点，并且用于动画制作时效果良好[10]。本文针对B737飞机起落架液压动力刹车系统中的三套液压源向管路供压的方式进行模拟仿真，使用Flash CS3软件采用逐帧动画和补间动画的方式进行系统工作原理的模拟仿真，将液压的流向直观清晰地展示出来，以期对飞机液压动力刹车系统的学习、维修、研究和改进等提供一定的参考。

1 B737飞机起落架液压刹车系统

B737飞机在着陆、起飞、地面操作时由六个轮子和无内胎的轮胎组件所支撑，其中四个在主起落架上，两个在前起落架上。每一个主轮都有一个刹车组件，被螺栓固定在了轮轴法兰盘上，其刹车装置是多圆盘式刹车，有着固定的载体和分隔的衬垫盘以及分段旋转的刹车盘。当给其提供液压时，每个刹车组件都有活塞来驱使其运动，而且还有组合复位弹簧和自动调节器，自动调节器可以补偿刹车磨损。

B737飞机起落架液压刹车系统主要由备用刹车选择活门、刹车控制连杆机构、刹车计量活门、主起落架刹车、刹车蓄压器、刹车液压保险和刹车往复活门等部分组成。其中主起落架采用多圆盘式刹车，主要由刹车作动筒壳体和刹车盘组件两大部分组成。为了增大刹车面积，从而产生更大的刹车摩擦力，多圆盘式刹车装置一般采用多个刹车盘，如图1所示[11-12]。

图1 多圆盘式刹车装置

在地面操作过程中，液压刹车系统有助于对飞机进行控制，能在停放、停泊和发动机启动时保持飞机静止，在飞机起飞后能停止车轮旋转，缩短着陆滑跑距离以及协助飞机转弯。刹车系统由机长或副驾驶的脚蹬控制，通过连杆和钢索驱动主起落架的刹车计量活门，每个刹车计量活门将B系统的液压控制到3 000 psi以满足主起落架的刹车要求[12]。

2 刹车系统模拟仿真

液压动力刹车系统中，主液压系统需要向刹车装置供给液压。为了防止某个液压系统失效，现代飞机都采用多套液压系统供压的方式，多套管路平行向刹车装置传输液压油以提高刹车系统的可靠度。

Flash动画采用“关键帧”技术将许多帧按顺序排列，发挥计算机的强大计算功能，能极大地减少动画设计的工作量。如果该影帧与先前影帧中的内容区别很大，呈现关键的内容和动作变化，那么该影帧就应被设置为关键帧。使用Flash CS3软件工具面板中的基本绘图工具，如线条工具、矩形工具等，在舞台上绘制出需要的图形，合理运用关键帧和图层，就能制作出基本的逐帧动画。

针对B737飞机起落架液压动力刹车系统的模拟仿真，制作Flash动画的关键是学会关键帧、逐帧动画和补间动画的操作。首先，应建立各元件，如正常刹车计量活门、蓄压器隔离活门和备用刹车选择活门等，这将使液压动力刹车系统原理图的构造更加方便和快捷。在Flash的第一个图层中画出B737的液压动力刹车系统原理图，这是最重要也是最关键的一步。在成功准确地画出原理图后，新建三个图层分别表示液压油、回油和计量压力，在确定了总的运动帧数后，在新建的图层上采用逐帧动画的方法将液压油在管路中的流动展现出来，可以得到正常刹车、备用刹车和蓄压器刹车三种模式下的系统工作原理动画。如果用矩形的填充来代表液压油的流向，则可实现采用创造补间形状的方式完成模拟，这种补间动画的仿真方法虽然更加复杂困难，但优点也非常明显，能非常直观形象地将液压油在管路中的流动展示出来。

2.1 正常刹车逐帧动画仿真

2.1.1主场景布局

使用Flash CS3软件制作刹车系统工作原理仿真动画，首先打开软件新建一个Flash文件。在这里要注意Flash文件(ActionScript 3.0)和Flash文件(ActionScript 2.0)的区别，需选择Flash文件(ActionScript 2.0)。因为在制作液压流动动画时，需要制作播放与暂停的按钮，而Flash 3.0文件是不支持对按钮进行动作代码编辑的，所以选择需新建Flash 2.0文件来进行仿真。

2.1.2添加元件

将图层1命名为底层，然后单击菜单栏的插入按钮选择新建元件，将名称改为正常刹车计量活门，类型选择图片，接着单击确定按钮。设置完成后，画出正常刹车计量活门，这是非常重要的一个环节，因为所模拟的液压动力刹车系统原理图中有许多活门，要是在一个图层上一笔一划将整个原理图逐步画出来，是非常不可取的，这将耗费很多时间和精力，多出很多可以避免的工作量。另外，如果发生错误，纠正起来也将非常麻烦。所以应该建立元件库，将系统原理图所需要的活门转换为元件，可以使接下来的工作更加顺利。

画正常刹车计量活门时，为了尺寸的精准，应将舞台的标尺和网格都显示出来，且将网格设置成9×9像素，这样在画图时能非常直观地知道尺寸和线段等是否对齐、有无缝隙等。在完成了以上的设置后，按照B737飞机维护手册中给出的正常刹车计量活门模型完整地将其画出，这样就完成了一个元件的制作。以同样的方法完成剩下4个活门的绘制，并导入元件库，准备工作就算基本完成。

2.1.3构造系统原理图

在完成了元件库的建立后，接下来是模拟仿真最关键的一步，即画出完整的液压动力刹车系统原理图，如果这一步出现错误，那么后面所绘制出的整个动画都将是错误的。将第一个图层改名为底层，用来展示整个系统。

整个液压动力刹车系统结构很复杂、庞大，切忌发生错画和漏画。有两个液压系统给刹车装置供压，可以选择先以B系统为中心，按照正常刹车时的液压流向画管道，将管道的宽定位显示出来一个网格的宽度，即9个像素，这样利于作图，整幅图的管道长度也将相同，外观美观。先用矩形工具画出一个矩形，点击文本工具添加文字“B液压系统”，就用这个矩形代表B系统。接下来将前面绘制的元件库打开，选择所需要的元件，添加到底层，合理调整其大小，选择合适的位置，之后可以进行微调，用线条工具从B系统框开始逐步向下画起，与正常刹车计量活门相连，然后又连接到自动刹车往复活门，经过正常防滞活门和液压保险后连接到刹车装置。由于是对称的，可以使用复制粘贴，选择粘贴的那部分，点击修改、变形、水平翻转和顶对齐即可，然后按系统图连接，这样就完成了系统压力和计量压力的管路绘制。

接下来只需将回油管道画出，循环回到B系统，就能将正常刹车的管路全部绘制完成。同样可以绘制出A系统的备用刹车管路。在初步完成后，可对照手册中的系统原理图作进一步的修改和美观优化。最后在各个活门旁边插入文本，直观地标出所经过的是何种活门，得到如图2所示的B737液压动力刹车系统原理图。

图2 B737液压动力刹车系统原理图

2.1.4动画制作

在底层中绘制完成液压动力刹车的系统原理图后，接下来就是绘制动画部分。如何将其动起来是整个模拟仿真的关键内容，先采用逐帧动画的方式，以不同颜色的小球代表管路中的油流向，每5帧插入一个关键帧，随着小球的逐渐递增表示液压流动，慢慢经过各种活门流向刹车装置，然后回到B系统。确定动画制作的基本思路后，开始模拟过程。

首先，合理运用图层对制作一个Flash动画来说至关重要，其可以使复杂的图分解成各个部分的叠加，这样也方便修改。在原底层的基础上新增三个图层分别命名为：系统压力，回油，计量压力。每个图层负责一种压力油，这样能很清楚地分辨出各种油的流向，在绘制时更加具有辨识度和目的性。在建立完图层后，开始画液压油流向，由于不能确定总播放帧数，需要先在底层插入一个关键帧，为了留有足够的余地，可在400帧处插入关键帧，这样在编辑其他三个图层时，底层也能显示在舞台上。然后选中系统压力图层，在每5帧处插入关键帧，使用椭圆工具同时按住Shift键画一个蓝色的圆表示液压油，以此类推，从B液压系统开始画到正常刹车计量活门，这样可完成系统压力流向的绘制。每5帧都将逐步增加一个蓝色的圆，检查无误后，从80帧处开始画回油和经过刹车计量活门后的计量压力，分别用圆和十字圆表示，与绘制系统压力一样，每5帧插入一个关键帧，每次在回油和计量压力油的流经管路上多画一个圆，就能形成逐步流动的景象，计量压力在185帧处绘制完毕，回油在385帧处绘制完毕。最后在385帧时完成液压油的循环，将所有图层在385帧处插入关键帧，将底层从385帧到400帧全部删除，再将帧的频率调为24帧/s，点击控制按钮，测试影片，这样就可完成正常刹车时由B系统提供液压的情况下动力刹车系统原理模拟仿真图，将各种颜色的圆进行黑白灰度化处理后，如图3所示。

图3 正常刹车原理逐帧动画仿真图

整个过程中需要注意的是，系统压力在120帧处已绘制完毕，为了在动画播放时一直能使其存在，最后在385帧处一定要插入关键帧。计量压力从正常刹车计量活门到达刹车装置，只需从80帧到145帧即能满足，在385帧处也需要最后插入一个关键帧使图形一直显示在动画中。

绘制回油时有两处回油的位置，一处是经过正常刹车计量活门之后的回油，另一处是经过正常防滞活门之后的回油，系统压力在75帧时到达正常刹车计量活门时开始画回油，在110帧时计量压力到达正常防滞活门时开始画经过正常防滞之后的回油，在第385帧时全部绘制完毕。最后在第1帧处舞台右下角添加注释，表明三种颜色的圆各自的意义。

2.1.5播放与暂停按钮制作

在完成正常刹车的系统模拟仿真动图后，发现并没有任何可以控制其播放和暂停的按钮，动画只能一直循环重复播放，通过制作一个播放暂停按钮，能控制动画的暂停与播放。首先选择第1帧，调出按钮，选择窗口中的公用库，就能有按钮库窗口弹出，选择基本按钮中的圆形按钮。

将按钮拖至舞台右下角，右击按钮，选择动作，输入如下代码，完成对按钮的动作代码编辑。

on(press)

{

if(isplay==true)

{

stop();

isplay=false;

}

else if(isplay==false)

{

play();

isplay=true;

}

}

然后在每个图层的第1帧处右击，单击动作，输入如下代码，完成对帧的动作代码编辑。

var isplay:Boolean=true;

通过测试影片，按钮功能能正确使用，说明代码输入准确无误，这样就完成了对液压动力刹车系统人工刹车模式下的正常刹车情况的动画模拟仿真。

2.2 备用刹车逐帧动画仿真

完成正常刹车的模拟仿真后，备用刹车的模拟仿真可如法炮制，只需了解B系统失效时，A系统向备用刹车系统供压的原理即可。如果B系统压力低或失效，而A系统正常，则备用刹车管路由备用选择活门打开，A系统液压进入备用刹车计量活门，然后作用于蓄压器隔离活门，使活塞移动，从而防止刹车蓄压器液压进入备用刹车管路。A系统液压油依次经过备用刹车计量活门、备用防滞活门和往复后门，然后进入刹车装置中，完成刹车操作。

仿真过程与正常刹车过程类似，在构建完成的液压动力刹车系统原理图基础上，新建三个图层，分别命名为系统压力、回油和计量压力。每5帧插入关键帧，画一个圆，逐步增加，采用逐帧动画的方式完成备用刹车原理仿真，最后制作按钮，将各种颜色的圆进行黑白灰度化处理后，完成的备用刹车原理仿真图如图4所示。

图4 备用刹车原理逐帧动画仿真图

2.3 蓄压器刹车逐帧动画仿真

如果A系统和B系统同时失效，则在刹车蓄压器的压力作用下，蓄压器隔离活门打开，允许刹车蓄压器液压进入正常刹车管路。由于刹车管路中有单向活门的存在，因此刹车蓄压器的液压不能流入B系统，刹车蓄压器液压流经正常刹车计量活门和自动刹车往复活门，经过正常防滞活门后进入刹车装置。最后正常刹车、备用刹车和蓄压器刹车的转换不需要人为去选择操作，它们通常利用液压管路中的活门(如备用刹车选择活门、蓄压器隔离活门和往复活门等)根据液压系统的工作状态自动切换。

用与正常刹车和备用刹车过程类似的方法进行仿真，将系统原理图命名为底层，新建系统压力层、回油层和计量压力层。每过5帧插入一个关键帧，系统压力在95帧时绘制完毕，计量压力从95帧到160帧，回油从95帧到255帧，整个动画在255帧时全部完成，在255帧处四个图层全部插入关键帧。最后制作播放和暂停按钮，测试动画无误。将各种颜色的圆进行黑白灰度化处理后，蓄压器刹车原理仿真图如图5所示。

图5 蓄压器刹车原理逐帧动画仿真图

2.4 刹车系统补间动画模拟仿真

在以上环节中，使用Flash CS3软件制作出基本的逐帧动画，模拟完成正常刹车、备用刹车和蓄压器刹车三种模式的液压动力刹车系统工作原理仿真。为了更加直观形象地对刹车系统工作原理进行模拟，经过对Flash CS3软件功能进一步挖掘，下面采用补间形状动画的方式对正常刹车、备用刹车和蓄压器刹车三种模式的液压动力刹车系统工作原理重新进行模拟仿真，不再使用小球表示三种压力油的流向。先以蓄压器刹车工作方式为例，详细介绍补间动画仿真方法。

2.4.1蓄压器刹车系统压力绘制

首先画出系统压力的流向，在底层的基础上新建一个图层，命名为系统压力，这个图层用来绘制第一段直线的补间动画，在第5帧处插入关键帧，用矩形工具沿着底层显示的管路宽度画出从刹车蓄压器开始的第一段水平管路，依旧用蓝色填充。随后在第1帧处画一个宽度相同(都是管路宽度)、长度可以忽略不计的一个小矩形。然后在1到5帧区间内可随意选取一帧，右击选择创建形状补间，完成第一步。再次新建一个图层，为了简便，命名为系2，这个图层用来画第一个竖直管路的补间动画。在第15帧处插入一个关键帧，用蓝色矩形填充满第一个竖直管路，为了动画的连续，上个图层在第5帧处结束，在系2图层第5帧处插入关键帧，在竖直管路的起始位置以相同的宽度画一个小的矩形，在第5到第15帧区间内随便选择一帧创建形状补间，完成第二步。接下来都采用创建形状补间的方式，绘制系统压力的流向，注意每一段都要新建图层，每一段管路的长度也不同，根据管路的长度选择合适的帧数。系统压力从刹车蓄压器到达正常刹车计量活门总共创建了9个图层。

2.4.2蓄压器刹车计量压力绘制

绘制计量压力的部分与绘制系统压力类似，用红色(灰度表示)矩形的填充表示计量压力，系统压力在第60帧处到达了正常刹车计量活门，所以计量压力从第60帧处开始插入关键帧，从正常刹车计量活门到达刹车装置，运用了12个图层，从60帧绘制到115帧。

在绘制计量压力过程中发现对称的管路其实是可以一起绘制的，这样就能减少很多图层，减轻一定的工作量，所以从计9图层即计量压力经过正常防滞活门之后，在计10图层可将4条从正常防滞活门出来的管路中的计量压力在一个图层上同时绘制，这样可减少许多工作量。

2.4.3蓄压器刹车回油绘制

最后开始绘制回油，因为回油有两处，所以要特别注意不能漏画。先绘制第一部分回油，即正常刹车剂量活门之后的回油，系统压力在60帧到达活门，所以新建回油图层时，在60帧处添加关键帧，开始绘制第一部分的回油。第二部分回油是经过正常防滞活门后的回油，计量压力在85帧时到达正常防滞活门，新建“回4”图层，从85帧处开始绘制第二部分回油，在185帧时回油回到B系统，完成循环，蓄压器刹车原理仿真完成。进行黑白灰度化处理后的时间轴窗口图如图6所示。

图6 蓄压器刹车时间轴窗口

绘制完毕后测试所绘制的动画，动画能够顺利运行，完全符合设计思路。最后制作按钮控制其播放和暂停，播放和暂停键的设置采用与之前不同的方法，将播放和暂停按钮分开，选择按钮库中的播放和暂停按钮。选择第一帧的位置，将按钮拖至底层右下角，右击播放按钮，选择动作，输入如下代码：

on(press)

{

play();

}

右击暂停按钮，选择动作，输入如下代码：

on(press)

{

stop();

}

播放和暂停按钮设置完毕后，再在右下角添加备注，同样在底层的第一帧和最后一帧处将系统压力、回油和计量压力用代表各自颜色的小矩形表示。再次测试影片，测试结果使按钮能满足播放和暂停的要求，且系统仿真动画和系统工作原理相一致，蓄压器刹车系统原理模拟仿真图绘制完毕，将各种颜色的矩形进行黑白灰度化处理后，最终舞台效果如图7所示。

图7 蓄压器刹车原理补间动画仿真图

2.4.4正常刹车补间动画仿真

完成蓄压器刹车的补间动画模拟仿真后，正常刹车的补间动画仿真可如法炮制。从B系统开始模拟，新建系统压力图层，画出第一段竖直管路的补间动画，再次新建图层命名为“系2”，画出到左边单向阀的第一段水平管道的补间动画，以此类推，每次转弯都需新建一个图层，系统压力画到45帧结束，总共10个图层。计量压力从45帧到100帧总共9个图层。回油从45帧到170帧，总共12个图层。进行黑白灰度化处理后，时间轴窗口如图8所示。最终正常刹车原理补间动画仿真图如图9所示。

图8 正常刹车时间轴窗口

图9 正常刹车原理补间动画仿真图

2.4.5备用刹车补间动画仿真

继续用补间动画的方式对备用刹车工作模式进行仿真，系统压力从第1帧到50帧，总共6个图层。回油从50帧到140帧，总共18个图层。计量压力从70帧到140帧，总共8个图层。画出备用刹车时间轴窗口，进行黑白灰度化处理后，最终备用刹车原理补间动画仿真图如图10所示。

图10 备用刹车原理补间动画仿真图

2.5 逐帧动画与补间动画对比

使用Flash CS3软件分别制作出逐帧动画与补间动画的表现形式，模拟完成正常刹车、备用刹车和蓄压器刹车三种模式的B737飞机起落架液压动力刹车系统工作原理仿真。对比逐帧动画与补间动画两种模拟仿真方法，从过程来说，逐帧动画中用圆表示液压油的方法明显简便许多，只需三个图层，就能将刹车系统完整模拟出来；而用补间动画仿真时，每一次转弯都需新建图层，而且创造补间动画时，矩形的宽和初始边必须对齐，会显得过程非常繁杂。但在动画表现效果上，补间动画无疑更胜一筹，在液压油的流向表现上更加直观形象，能给人更加深刻的印象，对刹车系统的理解具有更大的帮助。

3 应用价值

刹车系统是飞机起飞和着陆过程中制停的关键系统，是影响飞机安全的重要系统之一，其工作性能的好坏及其可靠性将直接影响飞机的使用和安全。飞机起落架液压刹车系统组成部件众多，采用多套液压系统供压、多套管路平行向刹车装置传输液压油的方式，结构较为复杂。对刹车系统的学习和维修、研究和改进过程中，要较好地掌握刹车系统的功用、组成、工作原理和应用，可忽略那些不为工程实际所必须的理论公式推导过程，侧重于掌握和培养具备分析刹车系统组成、工作原理、过程、特点的能力，应具有初步的系统调试和排除故障的工程实际应用能力。

对于飞机结构中起落架液压刹车系统的教学和维修培训来讲，实践性很强，如果教师仅限于将教材上的内容照本宣科地传授给学生，势必导致课程内容单调枯燥、抽象且晦涩难懂，损害学习的兴趣和积极性。采用多媒体教学是一个有效途径，基于Flash CS3的B737飞机起落架刹车系统模拟仿真，通过引入动画，将刹车系统的液压油流向直观形象地表达，可以实时演示液压回路和系统的工作过程，使学生对液压回路的油液流动方向、执行和控制元件的动作顺序一目了然。将复杂的元件结构、枯燥抽象的工作原理和工作过程讲解变得生动形象，可以增加元件和系统的立体感和真实感，拉近课堂和现实的距离，教学直观生动，激发学习的热情和兴趣，学习效果好。

4 结 语

刹车系统是飞机起落架系统中重要结构之一，在飞机降落后的滑跑过程中配合扰流板和反推装置为飞机减速起到至关重要的作用。本文通过使用Flash CS3软件模拟了B737飞机起落架液压动力刹车系统的工作原理，在人工刹车的工作方式下，其液压油的流动方向以Flash逐帧动画和补间动画两种方法的形式直观展现出来，详细分析了正常刹车、备用刹车和蓄压器刹车三种模式的工作过程。两种模拟仿真方法相比较的结果表明：逐帧动画制作更简单但表现形式欠佳，补间动画虽过程复杂但结果更加直观形象。

刹车系统模拟仿真集建模、仿真和分析为一体，具有直观性好、通用性好的特点。在飞机起落架液压刹车系统的教学和维修培训中，系统模拟仿真动画可以将复杂的元件结构、枯燥抽象的系统工作原理和工作过程讲解变得生动形象，可以活跃课堂气氛，吸引学生投入课堂，提高培养学生分析问题和解决问题的能力。针对B737飞机起落架刹车系统工作原理的动画模拟仿真，对刹车系统的学习、维修、研究和改进等具有一定的参考价值。基于Flash CS3的B737飞机起落架刹车系统模拟仿真具有重要的现实意义和广泛的工程应用前景。