浅析飞机刹车系统压力建立缓慢问题的论文

民用飞机刹车系统为飞机减速的重要方式之一。为了使飞机可以在干跑道、湿跑道、污染跑道等各种跑道情况下快速停止，并能够在打滑情况下快速释放刹车压力以防止爆胎，需要刹车系统的压力建立和释放具有良好的动态响应性。

一般情况下，刹车系统的刹车压力是通过调节具有快速响应性的刹车控制阀(Brake Control Valve，BCV)的开口大小进行控制的。其上游会设置切断阀(Shut-off Valve，SOV)，用于防止在起飞时和着陆前BCV故障打开而导致非指令刹车，起到保护作用。

本文针对飞机刹车系统中的刹车压力建立缓慢问题，通过AMESim建立仿真模型，复现了试验问题，并通过分析提出了改进方案。最后通过在试验中应用改进方案解决了此试验问题。

1飞机刹车系统原理

刹车系统一般具有两套独立的冗余系统互为备份，本文仅需分析一套刹车系统的压力建立情况，因此图1 中仅表示出了一套刹车系统的工作原理。

其中液压能源系统提供3 000 psi(20.7 MPa)的恒定压力的液压能源，切断阀SOV 用于切断和打开整个供压油路，刹车控制阀BCV用于控制向下游刹车装置供压的大小，停留刹车阀位于回油路上，通过切断回油将刹车压力堵在刹车装置上以实现停留刹车，蓄压器用于补充停留刹车时停留刹车阀内泄漏的液压油，以实现长时间停留刹车。

2刹车系统压力建立缓慢问题介绍和分析

在飞机刹车系统试验时，发现刹车装置上的刹车压力建立比较缓慢，在刹车控制阀全开时，需要大约2 s 才能够建立起20.7 MPa的压力，达不到0.5 s 的.时间要求。

SOV 上游压力始终保持20.7MPa 的供压压力，但下游压力出现了较大程度的下降，且恢复缓慢。通过检查，刹车系统的液压回路连接、电气回路连接、每个元器件、数采系统等均无故障，排除了刹车系统的故障原因。经过多组对比试验，试验结果均具有重复性，初步判断是SOV 或者BCV的设计原因导致出现此试验问题。如果通过逐一替换各个元器件的方式，确认是由于哪个元器件的参数导致压力建立缓慢，难度高且工作量和成本比较大，可实施性不高。因此，比较可行的方式是通过仿真分析进行问题原因识别。

3AMESim建模仿真分析

经过分析，排除了蓄压器和单向阀的原因，通过AMESim 软件搭建了刹车系统关键部件仿真模型。

其参数均为刹车系统实际参数。经过仿真可以看出AMESim 模型复现了试验中的刹车压力建立缓慢的问题。

(a)刹车装置压力建立仿真曲线

(b)SOV入口和出口压力仿真曲线

经过对仿真模型参数调试，发现BCV 的参数不会导致出现此问题，而随SOV的额定流量增大，刹车压力建立速度增大，且SOV 下游压力降低量和时间都减小，当SOV 开启情况下的额定流量增大到一定值时，刹车压力的建立速度为0.5 s 左右，SOV出口压力在降低后可以在0.2 s左右恢复至20.7 MPa，符合设计预期。由此可以推断是由于SOV 开启情况下额定流量过低导致的此刹车压力建立缓慢问题。

4更换SOV后试验情况及根源分析

基于AMESim 的分析结果，初步定位了SOV 为问题原因。由于实际刹车系统的元件更换周期较长、费用高，先通过另一种替代试验方法进一步分析。在刹车系统中拆除SOV，将单向阀直接通过管路与四个刹车控制阀相连，经过试验，刹车压力建立快速，符合设计预期。因此进一步确认了是由于SOV的原因导致此问题出现。

随后向供应商采购了大额定流量的SOV，安装到刹车系统中后进行了试验。改进SOV后的试验曲线中可以看出，刹车压力的建立速度和SOV出口压力变化均与仿真曲线基本一致，符合设计预期。经过以上仿真、试验、分析可以看出，设计参数的不满足要求导致了后续试验过程中出现难以排查纠正的问题。飞机的研发具有高度复杂性和长期性，涉及到飞机、系统、子系统、元件，以及软件和复杂电子硬件等方方面面，需要按照SAE ARP4754A的需求管理方法进行需求的层层传递和追溯，并且层层进行需求的确认(确认需求是正确的)和验证(验证飞机满足了需求)。本文试验初出现的问题就是设计时SOV额定流量的指标需求，未经过充分确认是否可以满足刹车系统四个刹车控制阀同时全部打开时的下游流量输入，可见按照SAE ARP4754A进行需求管理的必要性。

5结语

本文针对试验中飞机刹车系统压力建立缓慢的问题进行了建模仿真分析，推断出了可能的故障原因，并提出了解决方案。最后通过在试验中采用解决方案，排除了试验问题，符合了设计预期，也进一步表明了在飞机刹车系统中采用试验与仿真结合的方式进行故障分析处理的有效性和快速性。