专利名称：飞机起落架失效迫降承接车的制作方法
技术领域：
本发明属于航空服务领域，特别涉及一种飞机起落架失效时迫降用的承接车。
在航空史上和现代航空实践中，常常出现因起落架失效而导致飞机无法正常降落的问题，被迫降落时，会在飞机着陆的瞬间飞机底部外壳与地面刚性接触，造成机毁人亡的事故发生。为了避免此类事故的发生，中外航空领域的工程技术人员进行了大量的技术改进，但这些技术改进均是着眼于起落架的有效动作上。例如，加装电动，液动、手动等起落架控制装置。这样做虽然减少了事故发生的概率，但是无法从根本上解决此类问题。
本发明的目的在于提供一种在飞机起落架失效时，使飞机安全迫降用的承接车。
本发明的设计思想是制造一种装有喷气式发动机的承接车，使承接车在短时间内通过大加速度达到飞机的飞行速度，使之与下降的飞机做伺服随动，达到下降飞机与承接车的相对速度为零，从而使飞机安全地降落在承接车上。本发明由喷气发动机，底盘，车身，发射、反馈、信号测试系统，驾驶控制系统，减震装置，动力装置，转向装置，制动装置，油箱及其他辅助装置等构成。喷气发动机和其他动力装置为承接车提供动力。发动机可采用喷气式发动机，也可采用汽油发动机，两台喷气发动机为涡轮风扇式发动机，对称安装在承接车后部，喷气发动机通过油路、电路、气路与控制系统相通。底盘起到支撑车体的作用，主要由车轮、车架、悬架、转向桥、制动装置等所组成。沿车身长度方向上共分布四组车轮，每组车轮以车轴相连接。车架形式为围边式车架，也可采用脊梁式车架或综合式车架。悬架机构将车架与车桥、车架与车轴联接在一起，起到缓冲、导向、减震和传力作用。悬架机构形式为钢板弹簧式。第一前轴位置上两组钢板弹簧，侧装在围边车架外侧，钢板弹簧底部装接车桥前梁。前梁形式为工字型断面整体锻造而成。前梁两侧安装有前桥转向装置。第二、三、四轴位置上均装有钢板弹簧侧装在围边式车架外侧，钢板弹簧再与车轴装接，车轴两端安装车轮，车毂内装有液气动蹄式闸瓦刹车装置，轮毂外缘装有实芯橡胶承载轮胎。在车架前部的支撑横梁上固定大功率蓄电池，作为整车电源，在车架中部支撑横梁上固定大容积油箱，为喷气发动机提供燃料。承接车的底盘上部即为车身。车身底板共分五段焊接而成，每段按照车架上各零部件的位置及形状整体冲压而成。车身最前端安装发射、反馈及信号测试系统，其后是驾驶控制系统。以上两个装置底部均铺有滚动滑动导轨，以备安装及拆卸时使用。测试系统及控制系统内的大规模集成电路均采用插板式安装。车身主体为门式立柱整体框架结构，前后分五段焊接而成。框架结构上面为整体封闭框，按飞机机腹底面形状焊接有同形钢板承接面，钢板面上固定安装橡胶板做为减震承接表面，车身外侧有薄钢板包围。第二、四边框立柱上各装一组电阻式压力应变传感器。车身前端装有远光灯、近光灯。车身后装有尾灯。通过电路与控制装置相通。
下面结合附图和实施例进一步叙述本发明的内容。
图1为本发明的整体结构示意图，图2为图1的俯视图，图3为本发明各部件位置关系示意图，图4为图3的A-A向视图，图5为图3的B-B向视图，图6为图3的C-C向视图，图7为本发明实施例的结构示意图，图8为图7的A-A向视图，图9为图7的俯视图，图10为本发明运行中的速度变化示意图，图11为应用本发明时飞机迫降过程示意图，图12为本发明的控制系统原理图，图13为本发明的主动式无线电寻的制导系统工作示意图，图14为本发明的制导工作原理图，图15为本发明悬架机构示意图，图16为本发明的双后轴悬架示意图，图17为本发明的动力转向装置结构图，图18为本发明的动力转向装置的滑阀式控制阀的结构图，图19为本发明的动力转向随动系统工作原理图，图20为本发明的空气、液压复合式动力制动装置结构示意图，图21为本发明的动力制动装置的制动阀的工作示意图，图22为本发明的转向桥的结构图，图23为本发明的围边式车架结构示意图，图24为图23的俯视图，
图25为发动机燃油和控制系统示意图，图中1发射、反馈及信号测试(主动式无线电寻的制导)系统，2驾驶控制系统(包括FADEC系统)，3橡胶板承接面，4涡扇式喷气发动机，5转向前轮，6刹车轮轮毂，7油箱，8钢板弹簧，9转向垂臂，10前纵拉杆，11空转臂，12后纵拉杆，13滑阀式控制阀，14动力缸，15定心弹簧，16空气压缩机，17单向阀，18存气筒，19手动控制阀，20总泵，21控制气室，22制动阀，23紧制动蹄，24松制动蹄，25转向轮制动鼓，26转向轮轮毂27大端轮毂轴承，28小端轮毂轴承，29转向节，30衬套，31调整垫片，32转向节臂，33主销，34前梁，35滚子推力轴承，36前横梁，37驾驶控制系统支承横梁，38纵梁，39油箱支承横梁，40喷气式发动机支承横梁，41后横梁，42压力应变传感器，43油槽，44滑阀凸缘，45反作用室，46后轮。
本发明的工作原理如图11所示，当飞机起落架失效，无支承降落时，先做俯冲并对准本发明承接车所在的跑道，同时承接车加速，在飞机下方做相对运动。下降的飞机不断减速，速度逐渐接近270km/h，同时承接车不断加速，其速度也逐渐接近270km/h，并做横向跟踪。当下降飞机与承接车相对速度为零，直至飞机落在承接车上，并开始制动，达到速度为零。
以A340-300大型客机为迫降飞机，则本发明承接车设计的主要技术参数为Umax≥270km/hamax≥8m/s2载荷180T外形尺寸总长50m，总高4m，总宽8m。
本发明承接车的内部组成系统如图3所示，各部分功能是发射，反馈及信号测试系统，用来发射红外线测试信号，并接收反馈目标方位信息，对信号进行分析处理后送往控制系统；驾驶控制系统，用来实现点火及动力系统控制、油路控制、电路控制、转向控制、速度控制、制动控制，控制类型可采用闭环全制动控制，也可采用开环半自动控制和人工手动驾驶。控制系统对发动机的控制是向涡扇发动机燃烧室喷嘴供油。它包括燃油分配，燃油控制和燃油指示系统。燃油分配部分包括发动机驱动的燃油泵，燃油控制装置、燃/滑油热交换器，燃油分配活门和几个燃油管连到24个燃油喷嘴。如图25所示。本发明采用了典型的FADEC系统(全功能数字电子控制系统)。该系统在中国民航出版社1999年出版的《航空发动机电子控制》一书中有详细介绍。减震装置(包含轮胎)，用来减轻飞机与承接车接触时产生的振动，该装置可采用弹簧减震、液压减震、橡胶减震等，承接接触表面附有吸盘，用以吸附固定机身表面，动力装置，对称配置两台喷气式发动机；转向装置，车前部对称配置的两对轮胎可在系统控制下完成转向功能；制动装置，采用液气动控制(包括ABS刹车系统)。当飞机与承接车接触后，由控制系统调控，制动装置制动抱紧轮胎，使之减速直至停车；油箱，为喷气式发动机提供燃料。为了使本发明准确定位和承接飞机着陆，本发明的发射、反馈、信号测试系统采用了主动式无线电寻的制导，即雷达自动引导或自动瞄准系统，它是利用装在承接车上的雷达发射机和雷达接收机，主动向迫降飞机发射无线电波，再根据迫降飞机发射的无线电波，实现对迫降飞机的跟踪并形成引导指令，引导承接车行驶。在制导过程中，发射和接收设备不断地观测目标(迫降飞机)形成控制信号，并将信号送入自动驾驶仪，操纵承接车运动，其工作如图13所示。制导工作原理如图14所示，主动式寻的制导在制导过程中，承接车雷达不断跟踪目标，测出目标相对于承接车的运动参数，将该参数送入控制信号形成装置，形成信号并送入自动驾驶仪。自动驾驶仪根据信号的要求，改变承接车运动状态。承接车运动状态改变后，雷达又测出目标相对于承接车新的运动参数形成新的控制信号，控制承接车行驶。这样循环，直至目标落在承接车上为止。此类主动式无线电制导系统早在海湾战争中使用的爱国者导弹上就有应用。国防工业出版社95年11月出版的《无线电制导》一书对主动式无线电制导系统的原理做了详细介绍，并附有所需的线路图。本发明的悬架机构采用钢板弹簧式。转向装置采用油压式动力转向系统，具有随动、反作用和超控机能，其工作原理如图17，采用中央开启式滑阀，将转向位移作为输入，动力缸的输出位移传给纵拉杆，操纵输入即移动滑阀，产生阀偏移，使之发生油压信号，将其传给油缸变成运动速度，积分后变为输出位移。制动装置采用空气、液压复合式制动装置，如图20所示。这一制动装置利用制动阀控制空气压力，并把空气压力转变成液压，作用在制动器上，如图21所示。该装置能把力的增益自由选择，液压制动装置滞后作用小以及液压缸径小等优点结合在一起。
本发明承接动作的实现过程包括准备过程，计算承接车开始起动时与飞机的水平距离，承接车启动加速至所需速度，主动式寻的制导，飞机降落在承接上和车载机的制动、停车等六个步骤。
一、准备过程1．打开电源开关，接通电路、油路、气路。此时，电压表、油量表、气压表均应达到规定指标。光照不足时打开车灯开关。
2．点火，按动点火开关，喷气发动机前端的电动机启动，使喷气发动机处于工作状态。此时，制动装置处于制动状态。
3．输入位置数据及飞机着陆速度数据在控制系统面板上向主控计算机(单板机)输入X,Y(横向、纵向)位移数据，按动预运动按钮。承接车松开抱闸，按输入数据行驶至指定飞机准备降落跑道的起点。承接车移动到指定跑道起点后，主控计算机自动打开发射、反馈及信号测试系统(同时制动)。使雷达开始向车身后方搜索迫降飞机。
二、计算承接车开始启动时距飞机的水平距离S(m)为了使承接车与飞机准确落接，要准确计算出承接车在飞机前方的水平距离S，在该点处承接车开始启动，加速运动。
1．计算承接车加速至飞机着陆速度所需时间t由公式Vt=V0+at得t=(vt-v0)/a其中V0——承接车的初速度(此时为零)Vt——飞机着陆速度(为已知的飞机主参数)a——承接车的最大加速度(在承接车主参数中给出)将Vt、V0、a值代入公式，即可算出t2．计算承接车加速至飞机着陆速度所需位移S1由公式s1=v0t+1/2at2将第1步中计算的t值代入上式即可求出S13．计算出飞机从承接车启动到两者同速所需时间内飞机所经过的水平距离S2由公式S2=Vt×t即可求出S2Vt——飞机着陆速度4．计算承接车开始启动时距飞机的水平距离S(如图10)S=S2-S1
5．计算承接车开始启动时距飞机的实际距离S’由S=S’cosα可求出s′=s/cosα其中S’——雷达测得的承接车与飞机的实际距离α——雷达测得的承接车启动时飞机的水平仰角三、承接车启动、加速至所需速度当雷达测得承接车与飞机的实际距离s′=s/cosα时，承接车启动作匀加速度直线运动，经时间t后行驶距离为S1，此时承接车达到飞机着陆速度Vt，同时，飞机也在此刻从后面追上承接车，使二者的相对运动速度为零。四、主动式寻的制导当承接车经t后速度达到Vt时，主控计算机自动打开主动式无线电寻的制导系统，承接车在与飞机的同步运行中不断比较X、Y方向位移及速度，并不断通过加减速或转向修正位移及速度，使承接车和飞机保持高精度同步跟踪，此时，两者相对速度为零。(详见前面主动寻的制导原理)。承接车加速、减速的控制过程可以通过液压系统中比例阀来实现。当需要改变承接车的速度时，只需改变通过比例阀的电信号，就能使通过比例阀的流量进行调整，从而改变承接车的运行速度。五、飞机降落在承接车上承接车与飞机进入主动式无线电寻的制导状态后，通过修正承接车的位置和速度，使两者相对速度为零，位置完全吻合，此时飞机即可平稳降落在承接车上。六、车载机的制动、停车飞机的铝合金机身底面与承接橡胶垫接触表面具有很大的摩擦系数。加之飞机腑部表面与承接车的承接表面形状完全吻合，可以保证飞机的平稳降落。降落时，弹性橡胶垫、各车轴上安装的钢板弹簧及实芯橡胶轮胎能同时起到缓冲、减震作用。降落接触瞬时，由于飞机巨大的外载荷变化，使得安装在立柱框架上的压力应变传感器及时将应力变化信号传送给主控计算机。计算机收到传感器信号的同时发出发动机熄火和制动两项指令。
制动指令由主控机的电脉动形式通过放大电路将电信号送至喷气发动机中。由电磁阀动作使发动机油路关闭，使发动机停机。同时，将制动信号送至制动系统中的电磁制动阀，使电磁制动阀动作。利用制动阀控制空气压力，再将空气压力转换成液压压力信号，使制动蹄制动。
制动系统中安装有ABS自动平衡系统，使制动后的承接车与飞机沿跑道直线减速刹车，直至停止。
本发明实现了飞机在起落架失效时仍可安全降落。本发明具有广泛的适用性，可适用重型、中型和轻型飞机；既可适用民航飞机，也可适用军用飞机和其它飞机。
实施例——A340型客机起落架失效迫降承接车本设计方案选择A340客机为对象实施设计。机身长度63.69m，最大着陆重量80T，进场速度270km/h。设计承接车总长50m，承接面长度45m(略大于飞机有效接触面长度)。
承接车上表面与飞机机腑底面形状完全吻合，便于平稳承接，承接车工作前，按前述过程点火后进入预承接飞机跑道起点，承接车在飞机前方水平(启动)距离S的计算(1)计算出承接车从静止加速至Vt所需时间t:t=vt/a已知飞机着陆速度Vt=270km/h承接车最大加速度a=8m/s2=28.8km/h2所以t=270÷28.8=9.375(s)承接车从启动到加速至所需速度270km/h需要时间为9.375秒(2)计算出承接车加速至270km/h所经历位移S1s1=v0t+1/2at2=0+1/2×8×9.3752=351.56(m)(3)计算飞机从承接车启动到与飞机同速所需时间内飞机飞行的水平距离S2s2=vt×t=75m/s×9.375s=703.125(m)(4)承接车在飞机前方(启动)距离S的计算s=s2-s1=703.125-351.56=351.565(m)计算表明当飞机飞临承接车后方水平距离为351.565米时，承接车开始加速。
承接车加速至270km/h即经过9.375秒后，承接车主控计算机进入主动无线电寻的制导状态，使飞机与承接车同步同速运行，准备承接。
飞机降落在承接车上后，压力应变传感器发出信号，送至驾驶控制装置。主控机立即发出发动机熄火及制动指令，使承接车和飞机平稳停止在飞机跑道上。
权利要求
1.一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于该承接车由喷气发动机、底盘、车身、发射、反馈、信号测试系统、驾驶控制系统、减震装置、动力装置、转向装置、制动装置、油箱及其它辅助装置构成，两台喷气发动机对称安装在承接车后部，喷气发动机通过油路、电路、气路与控制系统相通，底盘主要由车轮、车架、悬架、转向桥、制动装置等所组成，沿车身长度方向上共分布四组车轮，每组车轮以车轴相连接，车架形式为围边式车架，悬架机构将车架与车桥、车架与车轴联接在一起，悬架机构形式为钢板弹簧式，第一前轴位置上两组钢板弹簧侧装在围边车架外侧，钢板弹簧底部装接车桥前梁，前梁两侧安装有前桥转向装置，第二、三、四轴位置上均装有钢板弹簧侧装在围边式车架外侧，钢板弹簧再与车轴装接，车轴两端安装车轮，车毂内装有液气动蹄式闸瓦刹车装置，轮毂外缘装有实芯橡胶承载轮胎，在车架前部的支撑横梁上固定大功率蓄电池，在车架中部支撑横梁上固定大容积油箱，底盘上部为车身，车身底板共分五段焊接而成，车身最前端安装发射、反馈及信号测试系统，其后是驾驶控制系统，该两个系统底部均铺有滚动滑动导轨，车身主体为门式立柱整体框架结构，框架结构上面为整体封闭框，按飞机机腹底面形状焊接有同形钢板承接面，钢板面上固定安装橡胶板做为减震承接面，车身外侧有薄钢板包围，第二、四边框立柱上各装一组电阻式压力应变传感器，车身前端装有远光灯、近光灯，车身后装有尾灯，通过电路与控制装置相通。
2.根据权利要求1所述的一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于所说的车架形式为围边式车架，也可采用脊梁式车架或综合式车架。
3.根据权利要求1或2所述的一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于所说的前梁形式为工字型断面整体锻造而成。
4.根据权利要求1所述的一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于所说的车身主体为门式立柱整体框架结构，前后分五段焊接而成。
5.根据权利要求1所述的一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于所说的控制系统的控制类型可采用闭环全制动控制，也可采用开环半自动控制和人工手动驾驶，控制系统及测试系统内的大规模集成电路均采用插板式安装。
6.根据权利要求1所述的一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于所说的减震装置可采用弹簧减震、液压减震和橡胶减震。
7.根据权利要求1所述的一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于所说的承接车的承接接触表面附有吸盘。
8.根据权利要求1所述的一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于所说的制动装置是采用空气、液压复合式制动装置。
9.根据权利要求1所述的一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于所说的发射、反馈、信号测试系统采用了主动式无线电寻的制导，即雷达自动引导或自动瞄准系统。
10.根据权利要求1所述的一种飞机起落架失效迫降承接车，其特征在于所说的转向装置采用油压式动力转向系统。
全文摘要
一种飞机起落架失效迫降承接车,属于航空服务领域,由喷气发动机、底盘、车身、发射、反馈、信号测试系统、驾驶控制系统、减震装置、动力装置、转向装置、制动装置、油箱及其它辅助装置构成,本发明实现了飞机在起落架失效时仍可安全降落,具有广泛的适用性,可适用重型、中型和轻型飞机,既可适用于民航飞机,也可适用于军用飞机和其它飞机。
文档编号B64F1/00GK1305925SQ00123079
公开日2001年8月1日 申请日期2000年10月13日 优先权日2000年10月13日
发明者王丽莉, 张瑞涛, 鲁宪华 申请人:王丽莉, 张瑞涛, 鲁宪华