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飞机刹车系统方案设计及仿真分析

陶周亮;聂宏;魏小辉;刘向尧;尹乔之

【摘要】构建飞机刹车系统方案设计环境,以提高飞机刹车系统方案设计阶段的设

计效率和质量.研究刹车装置参数和防滑控制系统参数的快速确定方法,通过迭代的

设计思想使结果符合设计要求；估算刹车装置性能和刹车系统的动态特性.在

MATLAB/Simulink中建立刹车系统模型,通过MATLAB引擎调用的方式进行刹车

系统的动力学分析；以某无人机刹车系统为设计实例进行其刹车系统的方案设计,

动力学仿真中刹车系统工作良好,与实际工作状况基本吻合.结果表明:本文提供的飞

机刹车方案设计方法快速有效.

【期刊名称】《航空工程进展》

【年(卷),期】2013(004)003

【总页数】6页(P306-311)

【关键词】刹车系统;方案设计;性能估算;仿真分析;软件开发

【作者】陶周亮;聂宏;魏小辉;刘向尧;尹乔之

【作者单位】南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京

210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南

京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,南京210016;南京航空

航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学飞

行器先进设计技术国防重点学科实验室,南京210016;南京航空航天大学机械结构

力学及控制国家重点实验室,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制

国家重点实验室,南京210016

【正文语种】中文

【中图分类】V226

0引言

刹车系统是飞机起降系统的组成部分，在飞机起飞、安全着陆中起着重要作用。刹

车系统设计是以飞机的基本参数为基础进行的，若飞机参数发生变更，则刹车系统

就需要重新设计，传统的设计方法要耗费大量的人力和时间。

针对刹车系统的设计问题，美国Goodrich公司提出了刹车装置基本参数的估算方

法[1];英国H.G.Conway[1]提出了刹车装置重量的估算方法。国内，李洪果等[2]

研究了全电刹车系统的设计;徐冬苓等[3]、王纪森等[4]对刹车系统建模及仿真做了

比较细致地研究，但是对刹车系统的设计方法尚缺乏研究。随着飞机越来越大型化

和复杂化，刹车系统的设计也趋于繁杂，刹车系统的计算机辅助设计方法是必然的

研究趋势。本文试图将工程算法、数据库技术和数学迭代方法结合起来以研究快速

设计方法，开发一套刹车系统方案设计软件，缩短飞机起落架刹车系统的研制周期

并提高刹车系统的设计质量。

1刹车系统方案设计思路

刹车系统方案设计总体上可以分为刹车装置设计、防滑刹车系统设计和动力学仿真

分析三部分。软件基于VC++6.0[5]开发，包含三大模块，前两个模块中都包含了

参数计算和性能计算，囊括了三种刹车装置和三种防滑刹车系统的设计，动力学仿

真分析依靠调用MATLAB引擎计算完成，计算流程如图1所示。首先通过输入飞

机基本参数，如飞机着陆重量、着陆速度和刹车机轮数等估算飞机的刹车能量和停

机载荷;根据停机载荷，通过微软提供的ADO接口，访问oracle9i[6]中存储的轮

胎及机轮参数数据库并进行选择;然后根据选择的刹车装置类型进一步完成刹车装

置设计。根据选择的刹车系统类型，完成刹车系统的基础设计，其中还包括一些关

键构件参数的计算、确定防滑控制类型并计算其性能，软件中在计算性能之后要检

查是否满足设计要求，如果不满足则要回到前面重新设计，迭代直到满足为止。利

用得到的设计结果，输入到MATLAB中的Simulink模型中，通过MATLAB提供

的引擎调用接口进行动力学仿真分析。

图1软件计算流程图Fig.1Flowchartofsoftwarecalculation

2刹车系统设计理论

对刹车装置进行设计，首先需计算刹车装置要吸收的能量，其跟飞机重量、起落架

布局形式、着陆速度以及带刹车的机轮数量有关。中国国家军用标准GJB1184和

中国航空工业标准HB6550提供了相关的计算方法[1]。

2.1刹车装置尺寸计算

一般来说，刹车装置的重量会随着刹车能量的增大而增大，通过统计单位重量刹车

能量值可以对刹车装置重量进行