摘 要: 固定翼飛機(jī)起落架的工作過程、原理、結(jié)構(gòu)、傳動及其控制系統(tǒng)是航空類專業(yè)的重要知識內(nèi)容。起落架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)有教學(xué)條件難以滿足教學(xué)需要，基于此，論述了基于氣動技術(shù)的飛機(jī)起落架壓差變送器開發(fā)。運(yùn)用人機(jī)工程，將其設(shè)計為一種便攜式教學(xué)演示設(shè)備。基于民航固定翼飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓差變送器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用氣壓傳動作為系統(tǒng)動力驅(qū)動，基于 PLC 實現(xiàn)設(shè)備演示的控制功能，其演示動作及其流程與民航客機(jī)起落架的收放動作完全一致。該設(shè)備已在我校成功應(yīng)用，顯著提高了相關(guān)知識內(nèi)容的教學(xué)效果。

引言

固定翼飛機(jī)起落架系統(tǒng)是飛機(jī)上#為復(fù)雜的系統(tǒng)之一，其工作性能直接影響到飛機(jī)起飛、著陸的穩(wěn)定性和安全性，其收起和放下過程必須按照嚴(yán)格的順序，執(zhí)行一系列的復(fù)雜動作 ［1 －3］ 。

飛機(jī)起落架系統(tǒng)是航空類專業(yè)航空概論、飛機(jī)構(gòu)造等課程的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容之一。在進(jìn)行飛機(jī)起落架相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)中，通過現(xiàn)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(jī)起落架的構(gòu)成及其工作過程有較好的理解。雖然結(jié)合飛機(jī)起落架實物進(jìn)行教學(xué)效果會好一些，但是由于飛機(jī)系統(tǒng)龐大，飛機(jī)上各種元器件、管路、電路復(fù)雜，飛機(jī)起落架的某些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)隱藏于狹小空間，依然很難看透、理清起落架系統(tǒng)的各部件及其關(guān)系;而且，真實起落架體積龐大，價格昂貴，占地面積大，需要專用車間才能存放，且數(shù)量有限，無法滿足班級授課要求。演示其工作過程需要將飛機(jī)吊起，給班級授課帶來較大麻煩。基于此，本研究論述了基于氣動技術(shù)的飛機(jī)起落架壓差變送器開發(fā) ［4 －5］ 。

1 起落架結(jié)構(gòu)設(shè)計

1． 1 總體結(jié)構(gòu)

飛機(jī)起落架壓差變送器主要包括壓差變送器機(jī)架、艙門及起落架收放演示機(jī)構(gòu)和電氣控制柜 3 部分�？傮w結(jié)構(gòu)如圖 1 所示:其中 1 為機(jī)架，2 為艙門及起落架收放演示機(jī)構(gòu)，3 為電氣控制柜。

機(jī)架用鋁型材拼接，這種結(jié)構(gòu)wuxu任何表面噴涂，具有拼接組裝簡便、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、重量輕等優(yōu)點。為了便于設(shè)備移動，機(jī)架下方裝有 4 個萬向腳輪，上方橫梁上裝有2 個鋁合金把手(見圖中6 和4 所示)。機(jī)架分上下兩層結(jié)構(gòu):電氣控制柜位于機(jī)架下層，艙門及起落架演示機(jī)構(gòu)位于機(jī)架上層。此外在機(jī)架上層橫梁一側(cè)還裝有操作及狀態(tài)顯示面板(見圖中 5 所示)。

1． 2 壓差變送器主要參數(shù)

壓差變送器機(jī)架的結(jié)構(gòu)充分考慮操作便利性，結(jié)合人機(jī)工程理論，將其設(shè)計為一種便攜式教學(xué)壓差變送器，其主要參數(shù)如表 1 所示［6 －7］ 。

1． 3 起落架收放機(jī)構(gòu)設(shè)計

固定翼起落架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其收起及放下過程必須按照嚴(yán)格的順序執(zhí)行一系列復(fù)雜動作。固定翼飛機(jī)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(jī)前起落架，安裝于機(jī)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(jī)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(jī)起落架壓差變送器參考民航客機(jī)前起落架結(jié)構(gòu) ［8 －9］ 。

飛機(jī)前起落架的收放機(jī)構(gòu)，主要包括艙門開啟關(guān)閉機(jī)構(gòu)和起落架收起放下機(jī)構(gòu)及其安全保護(hù)機(jī)構(gòu)。

1) 艙門機(jī)構(gòu)

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

本研究所開發(fā)的飛機(jī)起落架壓差變送器的艙門結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。左右 2 個主艙門分別通過合頁鉸接于機(jī)身段兩側(cè)的側(cè)邊縱向梁，主艙門驅(qū)動氣缸兩端分別通過銷軸鉸接于機(jī)身段中心縱向梁側(cè)邊和主艙門，主艙門驅(qū)動氣缸活塞桿的伸出與縮回即可驅(qū)動主艙門的開啟與關(guān)閉。副艙門通過合頁鉸接于其中 1 個主艙門，副艙門驅(qū)動氣缸的兩端分別通過銷軸鉸接于該副艙門所安裝的主艙門及副艙門，副艙門驅(qū)動氣缸活塞桿的伸出與縮回即可驅(qū)動副艙門的開啟與關(guān)閉。

2) 起落架收放機(jī)構(gòu)

固定翼飛機(jī)的起落架收放機(jī)構(gòu)主要功能是完成起落架的收起與放下，以及在收起狀態(tài)下實現(xiàn)起落架在收起位置的鎖定(上位鎖)和在放下狀態(tài)下實現(xiàn)起落架在放下位置的鎖定(下位鎖)。

飛機(jī)起落架壓差變送器的起落架結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。起落架主體上端通過銷軸鉸接于機(jī)身段中心縱向梁下方，起落架收放驅(qū)動氣缸兩端分別鉸接于起落架下方的機(jī)輪支架和機(jī)身段中心縱向梁下方另一側(cè)，起落架收放氣缸活塞桿的伸出和縮回即可驅(qū)動起落架的放下與收起。

與民航客機(jī)結(jié)構(gòu)一樣，該壓差變送器起落架上位鎖采用掛鉤式結(jié)構(gòu)，掛鉤鎖下方有掛鉤銷子，起落架機(jī)輪支架上有掛鉤，掛鉤鎖中部通過銷軸鉸接于機(jī)身段中心縱向梁上方，上位鎖驅(qū)動氣缸兩端分別通過銷軸鉸接于掛鉤鎖上端和機(jī)身段中心縱向梁上方。當(dāng)起落架處于收起位置時，通過上位鎖驅(qū)動氣缸活塞桿的伸出與縮回，即可驅(qū)動掛鉤鎖逆時針和順時針旋轉(zhuǎn)，即可實現(xiàn)掛鉤與掛鉤銷子的掛上與脫開，完成上位鎖的上鎖與解鎖［10］ 。

起落架下位鎖采用撐桿鎖結(jié)構(gòu)，如圖 4 所示。撐桿鎖由上撐桿 2 和下?lián)螚U 1 通過銷軸鉸接而成，上撐桿與下?lián)螚U之間可以相對轉(zhuǎn)動實現(xiàn)兩撐桿的折疊與打開，當(dāng)完全打開后兩撐桿夾角呈圖示鈍角位置，在兩撐桿鉸接處有機(jī)械限位裝置，使得該位置為其轉(zhuǎn)角極限位置。上撐桿中部通過銷軸鉸接于機(jī)身段中心縱向梁上方，下?lián)螚U另一端通過銷軸鉸接于起落架機(jī)輪支架，下位鎖驅(qū)動氣缸的兩端分別通過銷軸鉸接于上撐桿另一端和機(jī)身段中心縱向梁上方。當(dāng)起落架處于放下位置時，通過下位鎖氣缸活塞桿的伸出與縮回，可實現(xiàn)兩撐桿的折疊與打開，即實現(xiàn)下位鎖的解鎖與上鎖。

2 氣動控制系統(tǒng)設(shè)計

民航客機(jī)起落架收起過程動作順序為:主艙門開啟;下位鎖解鎖;起落架收起;上位鎖上鎖;主艙門關(guān)閉;副艙門關(guān)閉。其放下過程動作順序為:主艙門開啟;副艙門開啟;上位鎖解鎖;起落架放下;下位鎖上鎖;主艙門關(guān)閉。在收放過程中，必須嚴(yán)格按照上述動作順序完成。與民航客機(jī)一樣，飛機(jī)起落架壓差變送器演示起落架收放過程時，也需要執(zhí)行相應(yīng)的動作。飛機(jī)起落架壓差變送器的所有演示動作采用氣缸驅(qū)動，其氣動控制系統(tǒng)包括氣壓傳動控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分。

2． 1 氣壓傳動控制系統(tǒng)

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

該系統(tǒng)共有 6 個雙作用氣缸，由 5 個雙電二位五通電磁換向閥控制其換向。其中，由于左右艙門執(zhí)行的是同時完成的動作，箂hou笥也彰毆燦?1 個換向閥。每個氣缸配置節(jié)流閥，均按照排氣節(jié)流配置。在每個氣缸缸筒兩端安裝磁性開關(guān)(S1 ～ S12)，磁性開關(guān)的位置與執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作狀態(tài)位置對應(yīng)，分別用于檢測所驅(qū)動的機(jī)構(gòu)的位置狀態(tài)，該信號代表所控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作是否完成到位。在起落架收放過程中，通過該信號控制起落架收放過程中的動作順序 ［10］ 。

2． 2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

起落架壓差變送器的電氣控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)對氣動控制回路中電磁閥的控制以及系統(tǒng)的操作、保護(hù)、狀態(tài)顯示等功能，其電氣系統(tǒng)如圖 6 所示。該系統(tǒng)選用S7-200 系列 PLC 控制，PLC 的 CPU 為 224XP;并配置擴(kuò)展模塊 EM223。PLC 輸入信號主要包括:系統(tǒng)操作指令，經(jīng)操作面板按鈕輸入;各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置狀態(tài)信號，經(jīng)安裝于氣缸的磁性開關(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(jù)輸入狀態(tài)信號，控制電磁閥相應(yīng)電磁鐵的通/斷電;狀態(tài)信號顯示:將當(dāng)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(jī)起落架的收放過程，在系統(tǒng)程序設(shè)計時，其收放過程有兩種工作模式:自動工作模式與手動工作模式。在自動模式下，按下收起或放下按鈕，起落架系統(tǒng)就會按照程序設(shè)定動作順序，依次完成起落架收起或放下過程中的各個動作 ［11 －12］ 。當(dāng)動作全部完成后，通過指示燈顯示起落架的當(dāng)前狀態(tài) (即收起完成或放下完成)。自動模式下運(yùn)行起落架收起或放下之前，起落架必須是處于對應(yīng)的放下完成或收起完成狀態(tài);否則必須通過手動模式將起落架復(fù)位到對應(yīng)的狀態(tài)。自動模式的演示，與飛機(jī)正常工作時的工作流程完全一致。手動模式用于單步演示飛機(jī)起落架的收放動作，通過按下相應(yīng)操作按鈕，每次執(zhí)行一步相應(yīng)動作。由于飛機(jī)起落架收放過程中所執(zhí)行的每一步動作都是有前提條件的，這個前提條件就是其它各個機(jī)構(gòu)處于對應(yīng)的位置狀態(tài)。為了保護(hù)起落架機(jī)構(gòu)，在手動模式下，如果相關(guān)機(jī)構(gòu)的位置狀態(tài)不滿足執(zhí)行該動作的條件，即使按下執(zhí)行該動作按鈕，該動作也不會執(zhí)行。例如:艙門關(guān)閉狀態(tài)下，即使按下起上位鎖開鎖的單步指令，該下位鎖也不會打開。因此，手動模式亦可用于起落架工作流程及原理結(jié)構(gòu)的考核。

3 結(jié)論

本研究所開發(fā)的飛機(jī)起落架壓差變送器已在我校飛機(jī)構(gòu)造、航空概論、飛機(jī)液壓系統(tǒng)等課程中得到成功應(yīng)用。該設(shè)備的應(yīng)用，不僅能有效解決學(xué)生在學(xué)習(xí)飛機(jī)起落架的工作過程、原理、結(jié)構(gòu)、傳動及其控制等知識上的困惑，而且顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，取得了良好的教學(xué)效果。