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摘 要：飞机刹车系统是飞机上具有相对独立功能的子系统，作用是承受飞机的静态重量、动态冲击载荷以及吸收飞机着陆时的动能、实现飞机的起飞、着陆、滑行、转弯的制动和控制。飞行器刹车装置主要有液压刹车装置和全电刹车装置。目前液压刹车装置在国内外应用最多，下一代飞机的高性能刹车系统是电刹车系统，利用刹车装置中的电机作动器，提供动力去实现刹车。
关键词：飞机刹车系统;液压刹车系统;全电刹车系统;刹车系统工作原理
1 飞机刹车系统概述
飞机刹车系统用来控制机轮刹车装置的工作，结构通常采用盘式结构，刹车装置部分由动盘、静盘、压紧盘、承压盘、刹车壳体、气缸座、扭力筒等组成，机轮部分有轮毂、轮缘、半卡环，导轨、连接耳片等零件组成。飞机的刹车系统有液压刹车系统和全电刹车系统，在液压刹车系统中，飞机着陆时，机轮带动刹车壳体、动盘绕轮轴旋转，需要刹车时液压系统提供动力推动活塞组件的活塞水平运动，将静盘与动盘压紧，静盘与动盘接触摩擦，产生刹车力矩从而使飞行器刹停。在全电刹车系统中，需要刹车时旋转的机电作动器带动滚珠丝杠向前运动，将静盘与动盘压紧，静盘与动盘接触摩擦，产生刹车力矩从而使飞行器刹停。目前国内外液压刹车系统在各类飞机型号中应用最广，但下一代的飞机刹车系统是全电刹车系统。
1.1液压刹车系统
液压刹车系统在现有各类飞机类型中是应用最多的，由机轮刹车装置、机轮速度传感器、防滑控制盒、防滑伺服阀在内的液压作动器等部件组成。机轮转速经速度传感器转换为电信号输送给控制盒，控制盒根据速度的大小输出相应的防滑电流到防滑伺服阀，控制伺服阀输出刹车压力到达刹车装置后，通过液压活塞作用于压力盘调节刹车装置刹车装置之间的压紧力，从而改变刹车力矩，力矩于轮胎和跑道之间的结合力矩共同控制机轮的转速，形成一个以机轮速度为负反馈的闭环控制系统。结构复杂，重量体积大，液压油易泄露，容易引发火灾，经常出现故障后难以找到原因和维修费用高。
1.2全电刹车系统
下一代飞机的高性能刹车系统是电刹车系统，由电作动刹车机架、力矩传感器及其托架、机轮速度传感器、EMA控制器和刹车防滑控制器、电源及备用电池、起落架开关和防滑控制开关、起落架触地开关等部件组成。基本原理和液压刹车系统相似，其特点为：机轮速度信号和刹车力矩信号经速度传感器和力矩传感器送入刹车控制盒，再由机电作动器产生相应的控制信号控制电作动机构，输出刹车压力到刹车盘，产生相应的刹车力矩，所以全电刹车系统形成了以机轮速度和刹车力矩双层负反馈的闭环控制系统。结构简单，重量轻，反应迅速，刹车过程平稳，刹车效率高，耐热性好，在无人机上应用前景广阔。同时提高刹车系统故障诊断能力、防滑性能，安全性和冗余度，减少刹车系统的维护费用和时间。
虽然整个机电作动机构的体积和重量比液压刹车系统减少了许多，但机电作动机构的体积比液压活塞作动机构要大，在满足功能、强度和刚度的要求上需要充分的利用空间。由于全电刹车机电作动所占的空间比较大，因此很可能要对整个刹车装置（包括起落架和刹车壳体及机构速度传感器）的结构重新进行设计，一般来讲，中、大型飞机的机轮直径比较大，容纳刹车装置的空间也比较大，机电作动机构的设计要容易一些。而小型飞机对刹车系统体积和重量有苛刻的要求，机电作动机构的设计更具挑战性。在使用时电机具有响应慢、有惯性、位移大的特点。
2 飞机刹车系统的刹车原理
飞机刹车系统用来实现刹车减速或停放，控制地面转弯等功能，是飞机必不可少的子系統。机载人员的安全、飞机的可靠性和稳定性都和刹车系统性能好坏有关。飞机刹车过程中，刹车压力根据跑道条件的变化进行调节，刹车装置将飞机的动能转化为热能。液压刹车系统中，刹车着陆时，机轮带动刹车装置绕轮轴旋转，由液压或气压系统提供动力推动活塞水平运动，直至压上压紧盘，后活塞继续运动，将交替静盘、动盘压紧，使动静盘接触摩擦，产生刹车力矩刹停飞行器;全电刹车系统中，区别于液压刹车系统的是刹车时机电作动器中的电机旋转带动滚珠丝杠向前运动，直至压紧压紧盘，其他与液压刹车过程基本是一致的。
2.1液压刹车系统结构和工作原理
液压刹车系统结构主要包括防滑控制系统、电液伺服阀、机轮刹车调节系统、机轮速度传感器等部分。该刹车系统结构通常主要采用多碳盘的盘式结构，包括一个机架。刹车装置部分主要由多个动盘和静盘、压紧盘、承压盘、刹车壳体、气缸座、扭力筒、背部板等组成，机轮部分主要由轮毂、轮缘、半卡环，导轨、连接耳片等零件组成。全部静盘与扭力筒采用轴向键槽配合且与刹车壳体内侧不接触;刹车壳体侧面开槽，动盘与该开槽以凸键配合，动盘与扭力管不接触，与壳体一起转动;机架组合起多个液压活塞机构。液体流动时，液压活塞受压力，轮流迫使压紧盘压紧动静盘，产生摩擦力刹停飞机。
液压刹车系统出现的较早，在各类飞机中应用也最广。包含机轮刹车装置、机轮速度传感器、防滑刹车控制盒、电液伺服阀、活塞作动机构、机轮组件、等部件。机轮刹车装置为盘式结构，动静盘采用碳-碳耐高温刹车材料。每个机轮都装有速度传感器，需要刹车时机轮速度传感器采集和监控机轮速度信号，输出与机轮速度大小成正比的频率信号传递给防滑控制系统。电液伺服阀控制每个机轮刹车装置中的刹车压力。
液压刹车系统经过多年的不断发展，目前技术应用上比较成熟，但是一直以来都存在着以下几点不足：首先其结构复杂，重量体积大，系统工作时液压油泄露问题频发，易引发火灾，其次系统燃料消耗占所需燃料比例大，以及因结构复杂经常出现故障后难以找到原因，后期维修费用高、液压油可压缩性导致控制系统控制精度降低等问题。这些不足也是全电刹车系统迅速发展的重要原因。
2.2全电刹车系统结构和工作原理
电子技术的不断发展，随着多电飞机开年的出现，利用高性能电子设备控制电机作动压紧刹车盘产生摩擦实现飞机滑跑刹车的全电刹车系统成为下一代飞机的发展趋势，它使用电子传输代替了原有液压刹车系统的液压输油管路。整个系统主要包括刹车组件、控制单元和机轮组件三个部分。与液压刹车系统结构不同的：机电作动机构取代液压活塞作动机构，完全解决了一致以来液压刹车系统都存在的液压油泄露、燃烧的问题，提高飞机安全性的同时也减轻了其重量，因其先进性成为刹车系统一个全新的技术领域，该高性能刹车系统将来肯定会应用在越来越多的飞机上。
全电刹车系统结构主要包含机电作动机构、机轮速度传感器、无刷直流电机、力矩传感器、温度传感器、滚珠丝杠、减速齿轮组、防滑刹车控制盒等部件。机电作动机构布局包含四台无刷直流电机（刹车时两个工作，两个是余度设计）。无刷直流电机接收电流信号后可驱动滚珠丝杠正反旋转，带动螺母前后直线运动，从而对刹车盘循环压紧产生摩擦力刹停飞机。单个机轮用旋转速度、电信号双闭环调速方法。
与液压刹车系统相比，飞机全电刹车系统的基本原理和结构不同之处是：机轮速度和刹车力矩双层负反馈的闭环控制系统的应用使得整体刹车效果更好，动态性能更稳定，也是全电刹车系统内的优势特点之一。
除了上文叙述的系统内优势外，在实际使用中也有很多优点：取消液压管路和设备使得飞机重量大大减轻，同时成本降低，使得系统结构更简单;使用电子系统解决了无液压油泄露问题和潜在的火灾风险;两套备用的无刷直流电机增加大大增加了刹车系统的冗余度，使得系统可靠性提高。
参考文献：
[1]《飞机低压全电刹车驱动控制器设计与研究》 西北工业大学 林辉，谢世杰，李兵强
[2]《飞机全电刹车系统机电作动器的研究与设计》 西北工业大学 陕西华兴航空机轮刹车系统公司 常顺宏 田广来等
（航空工业西安航空制动科技有限公司，陕西 西安 710075）
关键词：飞机刹车系统;液压刹车系统;全电刹车系统;刹车系统工作原理
1 飞机刹车系统概述
飞机刹车系统用来控制机轮刹车装置的工作，结构通常采用盘式结构，刹车装置部分由动盘、静盘、压紧盘、承压盘、刹车壳体、气缸座、扭力筒等组成，机轮部分有轮毂、轮缘、半卡环，导轨、连接耳片等零件组成。飞机的刹车系统有液压刹车系统和全电刹车系统，在液压刹车系统中，飞机着陆时，机轮带动刹车壳体、动盘绕轮轴旋转，需要刹车时液压系统提供动力推动活塞组件的活塞水平运动，将静盘与动盘压紧，静盘与动盘接触摩擦，产生刹车力矩从而使飞行器刹停。在全电刹车系统中，需要刹车时旋转的机电作动器带动滚珠丝杠向前运动，将静盘与动盘压紧，静盘与动盘接触摩擦，产生刹车力矩从而使飞行器刹停。目前国内外液压刹车系统在各类飞机型号中应用最广，但下一代的飞机刹车系统是全电刹车系统。
1.1液压刹车系统
液压刹车系统在现有各类飞机类型中是应用最多的，由机轮刹车装置、机轮速度传感器、防滑控制盒、防滑伺服阀在内的液压作动器等部件组成。机轮转速经速度传感器转换为电信号输送给控制盒，控制盒根据速度的大小输出相应的防滑电流到防滑伺服阀，控制伺服阀输出刹车压力到达刹车装置后，通过液压活塞作用于压力盘调节刹车装置刹车装置之间的压紧力，从而改变刹车力矩，力矩于轮胎和跑道之间的结合力矩共同控制机轮的转速，形成一个以机轮速度为负反馈的闭环控制系统。结构复杂，重量体积大，液压油易泄露，容易引发火灾，经常出现故障后难以找到原因和维修费用高。
1.2全电刹车系统
下一代飞机的高性能刹车系统是电刹车系统，由电作动刹车机架、力矩传感器及其托架、机轮速度传感器、EMA控制器和刹车防滑控制器、电源及备用电池、起落架开关和防滑控制开关、起落架触地开关等部件组成。基本原理和液压刹车系统相似，其特点为：机轮速度信号和刹车力矩信号经速度传感器和力矩传感器送入刹车控制盒，再由机电作动器产生相应的控制信号控制电作动机构，输出刹车压力到刹车盘，产生相应的刹车力矩，所以全电刹车系统形成了以机轮速度和刹车力矩双层负反馈的闭环控制系统。结构简单，重量轻，反应迅速，刹车过程平稳，刹车效率高，耐热性好，在无人机上应用前景广阔。同时提高刹车系统故障诊断能力、防滑性能，安全性和冗余度，减少刹车系统的维护费用和时间。
虽然整个机电作动机构的体积和重量比液压刹车系统减少了许多，但机电作动机构的体积比液压活塞作动机构要大，在满足功能、强度和刚度的要求上需要充分的利用空间。由于全电刹车机电作动所占的空间比较大，因此很可能要对整个刹车装置（包括起落架和刹车壳体及机构速度传感器）的结构重新进行设计，一般来讲，中、大型飞机的机轮直径比较大，容纳刹车装置的空间也比较大，机电作动机构的设计要容易一些。而小型飞机对刹车系统体积和重量有苛刻的要求，机电作动机构的设计更具挑战性。在使用时电机具有响应慢、有惯性、位移大的特点。
2 飞机刹车系统的刹车原理
飞机刹车系统用来实现刹车减速或停放，控制地面转弯等功能，是飞机必不可少的子系統。机载人员的安全、飞机的可靠性和稳定性都和刹车系统性能好坏有关。飞机刹车过程中，刹车压力根据跑道条件的变化进行调节，刹车装置将飞机的动能转化为热能。液压刹车系统中，刹车着陆时，机轮带动刹车装置绕轮轴旋转，由液压或气压系统提供动力推动活塞水平运动，直至压上压紧盘，后活塞继续运动，将交替静盘、动盘压紧，使动静盘接触摩擦，产生刹车力矩刹停飞行器;全电刹车系统中，区别于液压刹车系统的是刹车时机电作动器中的电机旋转带动滚珠丝杠向前运动，直至压紧压紧盘，其他与液压刹车过程基本是一致的。
2.1液压刹车系统结构和工作原理
液压刹车系统结构主要包括防滑控制系统、电液伺服阀、机轮刹车调节系统、机轮速度传感器等部分。该刹车系统结构通常主要采用多碳盘的盘式结构，包括一个机架。刹车装置部分主要由多个动盘和静盘、压紧盘、承压盘、刹车壳体、气缸座、扭力筒、背部板等组成，机轮部分主要由轮毂、轮缘、半卡环，导轨、连接耳片等零件组成。全部静盘与扭力筒采用轴向键槽配合且与刹车壳体内侧不接触;刹车壳体侧面开槽，动盘与该开槽以凸键配合，动盘与扭力管不接触，与壳体一起转动;机架组合起多个液压活塞机构。液体流动时，液压活塞受压力，轮流迫使压紧盘压紧动静盘，产生摩擦力刹停飞机。
液压刹车系统出现的较早，在各类飞机中应用也最广。包含机轮刹车装置、机轮速度传感器、防滑刹车控制盒、电液伺服阀、活塞作动机构、机轮组件、等部件。机轮刹车装置为盘式结构，动静盘采用碳-碳耐高温刹车材料。每个机轮都装有速度传感器，需要刹车时机轮速度传感器采集和监控机轮速度信号，输出与机轮速度大小成正比的频率信号传递给防滑控制系统。电液伺服阀控制每个机轮刹车装置中的刹车压力。
液压刹车系统经过多年的不断发展，目前技术应用上比较成熟，但是一直以来都存在着以下几点不足：首先其结构复杂，重量体积大，系统工作时液压油泄露问题频发，易引发火灾，其次系统燃料消耗占所需燃料比例大，以及因结构复杂经常出现故障后难以找到原因，后期维修费用高、液压油可压缩性导致控制系统控制精度降低等问题。这些不足也是全电刹车系统迅速发展的重要原因。
2.2全电刹车系统结构和工作原理
电子技术的不断发展，随着多电飞机开年的出现，利用高性能电子设备控制电机作动压紧刹车盘产生摩擦实现飞机滑跑刹车的全电刹车系统成为下一代飞机的发展趋势，它使用电子传输代替了原有液压刹车系统的液压输油管路。整个系统主要包括刹车组件、控制单元和机轮组件三个部分。与液压刹车系统结构不同的：机电作动机构取代液压活塞作动机构，完全解决了一致以来液压刹车系统都存在的液压油泄露、燃烧的问题，提高飞机安全性的同时也减轻了其重量，因其先进性成为刹车系统一个全新的技术领域，该高性能刹车系统将来肯定会应用在越来越多的飞机上。
全电刹车系统结构主要包含机电作动机构、机轮速度传感器、无刷直流电机、力矩传感器、温度传感器、滚珠丝杠、减速齿轮组、防滑刹车控制盒等部件。机电作动机构布局包含四台无刷直流电机（刹车时两个工作，两个是余度设计）。无刷直流电机接收电流信号后可驱动滚珠丝杠正反旋转，带动螺母前后直线运动，从而对刹车盘循环压紧产生摩擦力刹停飞机。单个机轮用旋转速度、电信号双闭环调速方法。
与液压刹车系统相比，飞机全电刹车系统的基本原理和结构不同之处是：机轮速度和刹车力矩双层负反馈的闭环控制系统的应用使得整体刹车效果更好，动态性能更稳定，也是全电刹车系统内的优势特点之一。
除了上文叙述的系统内优势外，在实际使用中也有很多优点：取消液压管路和设备使得飞机重量大大减轻，同时成本降低，使得系统结构更简单;使用电子系统解决了无液压油泄露问题和潜在的火灾风险;两套备用的无刷直流电机增加大大增加了刹车系统的冗余度，使得系统可靠性提高。
参考文献：
[1]《飞机低压全电刹车驱动控制器设计与研究》 西北工业大学 林辉，谢世杰，李兵强
[2]《飞机全电刹车系统机电作动器的研究与设计》 西北工业大学 陕西华兴航空机轮刹车系统公司 常顺宏 田广来等
（航空工业西安航空制动科技有限公司，陕西 西安 710075）