摘 要: 固定翼飛機起落架的工作過(guò)程、原理、結構、傳動(dòng)及其控制系統是航空類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要知識內容。起落架系統結構復雜，現有教學(xué)條件難以滿(mǎn)足教學(xué)需要，基于此，論述了基于氣動(dòng)技術(shù)的飛機起落架壓差變送器開(kāi)發(fā)。運用人機工程，將其設計為一種便攜式教學(xué)演示設備�；�于民航固定翼飛機起落架結構進(jìn)行壓差變送器機械結構設計，采用氣壓傳動(dòng)作為系統動(dòng)力驅動(dòng)，基于 PLC 實(shí)現設備演示的控制功能，其演示動(dòng)作及其流程與民航客機起落架的收放動(dòng)作完全一致。該設備已在我校成功應用，顯著(zhù)提高了相關(guān)知識內容的教學(xué)效果。

引言

固定翼飛機起落架系統是飛機上#為復雜的系統之一，其工作性能直接影響到飛機起飛、著(zhù)陸的穩定性和安全性，其收起和放下過(guò)程必須按照嚴格的順序，執行一系列的復雜動(dòng)作 ［1 －3］ 。

飛機起落架系統是航空類(lèi)專(zhuān)業(yè)航空概論、飛機構造等課程的重要學(xué)習內容之一。在進(jìn)行飛機起落架相關(guān)內容的教學(xué)中，通過(guò)現有的課本、圖片、視頻等教學(xué)手段，很難讓學(xué)生對固定翼飛機起落架的構成及其工作過(guò)程有較好的理解。雖然結合飛機起落架實(shí)物進(jìn)行教學(xué)效果會(huì )好一些，但是由于飛機系統龐大，飛機上各種元器件、管路、電路復雜，飛機起落架的某些關(guān)鍵結構隱藏于狹小空間，依然很難看透、理清起落架系統的各部件及其關(guān)系;而且，真實(shí)起落架體積龐大，價(jià)格昂貴，占地面積大，需要專(zhuān)用車(chē)間才能存放，且數量有限，無(wú)法滿(mǎn)足班級授課要求。演示其工作過(guò)程需要將飛機吊起，給班級授課帶來(lái)較大麻煩�；�于此，本研究論述了基于氣動(dòng)技術(shù)的飛機起落架壓差變送器開(kāi)發(fā) ［4 －5］ 。

1 起落架結構設計

1． 1 總體結構

飛機起落架壓差變送器主要包括壓差變送器機架、艙門(mén)及起落架收放演示機構和電氣控制柜 3 部分�？傮w結構如圖 1 所示:其中 1 為機架，2 為艙門(mén)及起落架收放演示機構，3 為電氣控制柜。

機架用鋁型材拼接，這種結構wuxu任何表面噴涂，具有拼接組裝簡(jiǎn)便、結構強度高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。為了便于設備移動(dòng)，機架下方裝有 4 個(gè)萬(wàn)向腳輪，上方橫梁上裝有2 個(gè)鋁合金把手(見(jiàn)圖中6 和4 所示)。機架分上下兩層結構:電氣控制柜位于機架下層，艙門(mén)及起落架演示機構位于機架上層。此外在機架上層橫梁一側還裝有操作及狀態(tài)顯示面板(見(jiàn)圖中 5 所示)。

1． 2 壓差變送器主要參數

壓差變送器機架的結構充分考慮操作便利性，結合人機工程理論，將其設計為一種便攜式教學(xué)壓差變送器，其主要參數如表 1 所示［6 －7］ 。

1． 3 起落架收放機構設計

固定翼起落架結構復雜，其收起及放下過(guò)程必須按照嚴格的順序執行一系列復雜動(dòng)作。固定翼飛機起落架收放方式主要有沿縱向收放和沿橫向收放 2 種。固定翼飛機前起落架，安裝于機身段前部，通常采用沿縱向(前后方向)收放方式;主起落架安裝于機翼下方，通常采用沿橫向(左右方向)收放方式。本研究所述的飛機起落架壓差變送器參考民航客機前起落架結構 ［8 －9］ 。

飛機前起落架的收放機構，主要包括艙門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉機構和起落架收起放下機構及其安全保護機構。

1) 艙門(mén)機構

固定翼前起落架艙門(mén)由主艙門(mén)和副艙門(mén)組成:主艙門(mén)在起落架收起及放下過(guò)程中打開(kāi)，起落架收起或放下完成后主艙門(mén)關(guān)閉;副艙門(mén)在起落架收起完成后關(guān)閉，其余狀態(tài)下均是打開(kāi)。

本研究所開(kāi)發(fā)的飛機起落架壓差變送器的艙門(mén)結構如圖 2 所示。左右 2 個(gè)主艙門(mén)分別通過(guò)合頁(yè)鉸接于機身段兩側的側邊縱向梁，主艙門(mén)驅動(dòng)氣缸兩端分別通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于機身段中心縱向梁側邊和主艙門(mén)，主艙門(mén)驅動(dòng)氣缸活塞桿的伸出與縮回即可驅動(dòng)主艙門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。副艙門(mén)通過(guò)合頁(yè)鉸接于其中 1 個(gè)主艙門(mén)，副艙門(mén)驅動(dòng)氣缸的兩端分別通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于該副艙門(mén)所安裝的主艙門(mén)及副艙門(mén)，副艙門(mén)驅動(dòng)氣缸活塞桿的伸出與縮回即可驅動(dòng)副艙門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。

2) 起落架收放機構

固定翼飛機的起落架收放機構主要功能是完成起落架的收起與放下，以及在收起狀態(tài)下實(shí)現起落架在收起位置的鎖定(上位鎖)和在放下?tīng)顟B(tài)下實(shí)現起落架在放下位置的鎖定(下位鎖)。

飛機起落架壓差變送器的起落架結構如圖 3 所示。起落架主體上端通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于機身段中心縱向梁下方，起落架收放驅動(dòng)氣缸兩端分別鉸接于起落架下方的機輪支架和機身段中心縱向梁下方另一側，起落架收放氣缸活塞桿的伸出和縮回即可驅動(dòng)起落架的放下與收起。

與民航客機結構一樣，該壓差變送器起落架上位鎖采用掛鉤式結構，掛鉤鎖下方有掛鉤銷(xiāo)子，起落架機輪支架上有掛鉤，掛鉤鎖中部通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于機身段中心縱向梁上方，上位鎖驅動(dòng)氣缸兩端分別通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于掛鉤鎖上端和機身段中心縱向梁上方。當起落架處于收起位置時(shí)，通過(guò)上位鎖驅動(dòng)氣缸活塞桿的伸出與縮回，即可驅動(dòng)掛鉤鎖逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉，即可實(shí)現掛鉤與掛鉤銷(xiāo)子的掛上與脫開(kāi)，完成上位鎖的上鎖與解鎖［10］ 。

起落架下位鎖采用撐桿鎖結構，如圖 4 所示。撐桿鎖由上撐桿 2 和下?lián)螚U 1 通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接而成，上撐桿與下?lián)螚U之間可以相對轉動(dòng)實(shí)現兩撐桿的折疊與打開(kāi)，當完全打開(kāi)后兩撐桿夾角呈圖示鈍角位置，在兩撐桿鉸接處有機械限位裝置，使得該位置為其轉角極限位置。上撐桿中部通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于機身段中心縱向梁上方，下?lián)螚U另一端通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于起落架機輪支架，下位鎖驅動(dòng)氣缸的兩端分別通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接于上撐桿另一端和機身段中心縱向梁上方。當起落架處于放下位置時(shí)，通過(guò)下位鎖氣缸活塞桿的伸出與縮回，可實(shí)現兩撐桿的折疊與打開(kāi)，即實(shí)現下位鎖的解鎖與上鎖。

2 氣動(dòng)控制系統設計

民航客機起落架收起過(guò)程動(dòng)作順序為:主艙門(mén)開(kāi)啟;下位鎖解鎖;起落架收起;上位鎖上鎖;主艙門(mén)關(guān)閉;副艙門(mén)關(guān)閉。其放下過(guò)程動(dòng)作順序為:主艙門(mén)開(kāi)啟;副艙門(mén)開(kāi)啟;上位鎖解鎖;起落架放下;下位鎖上鎖;主艙門(mén)關(guān)閉。在收放過(guò)程中，必須嚴格按照上述動(dòng)作順序完成。與民航客機一樣，飛機起落架壓差變送器演示起落架收放過(guò)程時(shí)，也需要執行相應的動(dòng)作。飛機起落架壓差變送器的所有演示動(dòng)作采用氣缸驅動(dòng)，其氣動(dòng)控制系統包括氣壓傳動(dòng)控制系統和電氣控制系統兩部分。

2． 1 氣壓傳動(dòng)控制系統

氣壓傳動(dòng)控制系統用于對驅動(dòng)上述動(dòng)作的氣缸的控制，即控制其活塞桿的伸出與縮回，氣動(dòng)控制回路圖如圖 5 所示。

該系統共有 6 個(gè)雙作用氣缸，由 5 個(gè)雙電二位五通電磁換向閥控制其換向。其中，由于左右艙門(mén)執行的是同時(shí)完成的動(dòng)作，箂hou笥也彰毆燦?1 個(gè)換向閥。每個(gè)氣缸配置節流閥，均按照排氣節流配置。在每個(gè)氣缸缸筒兩端安裝磁性開(kāi)關(guān)(S1 ～ S12)，磁性開(kāi)關(guān)的位置與執行機構動(dòng)作狀態(tài)位置對應，分別用于檢測所驅動(dòng)的機構的位置狀態(tài)，該信號代表所控制執行機構的動(dòng)作是否完成到位。在起落架收放過(guò)程中，通過(guò)該信號控制起落架收放過(guò)程中的動(dòng)作順序 ［10］ 。

2． 2 電氣控制系統設計

起落架壓差變送器的電氣控制系統主要實(shí)現對氣動(dòng)控制回路中電磁閥的控制以及系統的操作、保護、狀態(tài)顯示等功能，其電氣系統如圖 6 所示。該系統選用S7-200 系列 PLC 控制，PLC 的 CPU 為 224XP;并配置擴展模塊 EM223。PLC 輸入信號主要包括:系統操作指令，經(jīng)操作面板按鈕輸入;各個(gè)執行機構位置狀態(tài)信號，經(jīng)安裝于氣缸的磁性開(kāi)關(guān)輸入;氣源壓力信號，經(jīng)安裝于氣源的壓力變送器輸入。PLC 輸出信號主要包括:電磁閥電磁鐵通/斷電:根據輸入狀態(tài)信號，控制電磁閥相應電磁鐵的通/斷電;狀態(tài)信號顯示:將當前狀態(tài)信號輸出至操作面板上的指示燈。起落架壓差變送器用于課堂演示飛機起落架的收放過(guò)程，在系統程序設計時(shí)，其收放過(guò)程有兩種工作模式:自動(dòng)工作模式與手動(dòng)工作模式。在自動(dòng)模式下，按下收起或放下按鈕，起落架系統就會(huì )按照程序設定動(dòng)作順序，依次完成起落架收起或放下過(guò)程中的各個(gè)動(dòng)作 ［11 －12］ 。當動(dòng)作全部完成后，通過(guò)指示燈顯示起落架的當前狀態(tài) (即收起完成或放下完成)。自動(dòng)模式下運行起落架收起或放下之前，起落架必須是處于對應的放下完成或收起完成狀態(tài);否則必須通過(guò)手動(dòng)模式將起落架復位到對應的狀態(tài)。自動(dòng)模式的演示，與飛機正常工作時(shí)的工作流程完全一致。手動(dòng)模式用于單步演示飛機起落架的收放動(dòng)作，通過(guò)按下相應操作按鈕，每次執行一步相應動(dòng)作。由于飛機起落架收放過(guò)程中所執行的每一步動(dòng)作都是有前提條件的，這個(gè)前提條件就是其它各個(gè)機構處于對應的位置狀態(tài)。為了保護起落架機構，在手動(dòng)模式下，如果相關(guān)機構的位置狀態(tài)不滿(mǎn)足執行該動(dòng)作的條件，即使按下執行該動(dòng)作按鈕，該動(dòng)作也不會(huì )執行。例如:艙門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下，即使按下起上位鎖開(kāi)鎖的單步指令，該下位鎖也不會(huì )打開(kāi)。因此，手動(dòng)模式亦可用于起落架工作流程及原理結構的考核。

3 結論

本研究所開(kāi)發(fā)的飛機起落架壓差變送器已在我校飛機構造、航空概論、飛機液壓系統等課程中得到成功應用。該設備的應用，不僅能有效解決學(xué)生在學(xué)習飛機起落架的工作過(guò)程、原理、結構、傳動(dòng)及其控制等知識上的困惑，而且顯著(zhù)提高學(xué)生學(xué)習積極性，取得了良好的教學(xué)效果。