多电飞机起落架收放故障电气特性仿真研究

发布时间：2020-09-19 17:50

　　 多电飞机是未来飞机工业的发展趋势。在未来的多电飞机起落架中,传统的液压收放系统将会逐步被多电收放系统所取代。基于飞机制造业目前对未来多电飞机起落架收放方案仍未达成共识的背景,针对多电飞机起落架收放方案和收放故障的电气特性研究对于未来我国多电飞机起落架收放系统的设计和改装具有重要意义。本文主要研究适用于未来多电飞机的最佳起落架收放方案、该方案在由电源故障导致的输入电压大扰动下的稳定性以及收放系统自身典型故障的电气特性。首先,分别研究了分布式液压收放系统、电动静液式收放系统和机电作动式收放系统的工作原理,并对其进行故障树分析。通过比较这些系统的特性,确定机电作动式起落架收放系统为研究对象。选定实验室工程项目中的主起落架BRW-1收放系统为参考对象,利用复杂系统仿真软件AMEsim对BRW-1收放系统进行仿真,确定了机电作动式起落架收放系统的电机功率。结合多电飞机对电机的要求与不同电机的具体特性,确定了电机类型为无刷直流电机,并利用Matlab/Simulink对该无刷直流电机进行建模。其次,通过对飞机电源系统自身特性和闭环控制的无刷直流电机的负载特性进行研究,提出加入双级LC滤波器的方法来增强直流负载系统在由电源故障导致的输入电压大扰动下的稳定性。利用Brayton-moser定理对带有双级LC滤波器的直流负载系统在大扰动下的稳定性进行分析,得到系统在大扰动条件下的稳定性判据并通过Matlab/Simulink进行验证。最后,对机电作动式起落架收放系统的电机和齿轮箱故障模式进行分析,研究将电机和齿轮箱的故障模式注入到电机模型中的方法,并通过仿真得到故障的电气特性。通过对这些故障的电气表征形式进行快速傅里叶变换分析,得到故障的诊断依据。这些对收放故障电气特性的研究具有比较高的实用性,有助于加快未来多电飞机起落架设计与改装进度,减少研发成本。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V267
【部分图文】：

BRW-1结构

这对飞行安全至关重要。在起飞期间，飞机的加速度相当大，因此如果收够快，则可能超过最大带起落架速度，对飞行安全不利。参考现役主流民航飞架收放参数，设定 BRW-1 收起时间不超过 18s，放下时间不超过 15s，收起角 度。对 BRW-1 收放系统物理模型进行仿真，可得到 BRW-1 收放作动筒的受力度曲线分别如图 3-4 和图 3-5 所示。由图 3-4 与图 3-5 可知，BRW-1 在 17.6s 处，在 21s 处开始放下，于 34.9s 处完全放下，满足设定要求。当 BRW-1 完全收在收放作动筒上的力会剧烈震荡，随后归于定值；收放作动筒的速度在剧烈震，与实际情况相符。根据图 3-4 与图 3-5 中的内容，结合 AMEsim 计算模块，收起功率进行计算，可得起落架的收起功率为 4217W，在仿真中不考虑液压油压油传输生热等耗能。由于机电作动系统中传动系统中的齿轮和丝杠等部件均定的能量损耗，同时电机应具有功率余度，将机电作动式起落架收放系统中的出功率设定为 6000W。

图 3-5 BRW-1 收放作动筒收放过程速度仿真曲线 机电作动收放系统的电机选择在机电作动起落架收放系统中，不同类型的电机不光在在结构、体积和功率密差异，甚至在作动系统发生故障时所表现的电气特性也有所不同。要对由机电作动的起落架收放故障电气特性进行研究，首先需要确定系统中的电机类型。用飞机常使用由有效值为 115V，频率为 400Hz 的交流电驱动的感应电动机 直流电驱动的有刷电动机[31]。对于交流感应电机而言，转差和转子电阻对于至关重要，所以它本质上是低效的。有刷直流电机不可靠且需要密集维护，电花和电磁干扰问题限制了它在某些领域内的使用。采用 270V 高压直流电力可流电动机的功率密度，但也会使其电气接触火花和电磁干扰问题更为严重。在过去的几十年中，几种新型电机显示出巨大的潜力。它们在功率密度和效率传统的交流或直流电机。本文将目前可待选择的先进电机及其特性总结如下：

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本文编号：2822826