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摘要：介绍了某型全动模拟机起落架仿真系统的组成及工作原理，通过对其控制电路的研究，分析有关训练科目的实现过程，为相关的维护和研发工作提供较为高效的解决思路，提高飞行员的训练体验。在保障飞行训练质量的同时，结合多起相关控制电路故障排除经验，通过仿真研究、试验测试，提出优化改进其控制电路的方案。实施改进方案可为今后解决这一类技术难题提供技术参考，也为相关研发工作提供思路。
关键词：模拟机；起落架；控制电路；训练科目；仿真；技术参考
Keywords：simulator；landing gear；control circuit；training subjects；simulation；technical reference
0 引言
起落架是飞机起飞、着陆、滑跑、地面移动和停放所必需的支持系统，承担着飞机安全运行的重要使命，熟练掌握起落架的运行原理，对飞行员而言是一项必备技能。作为飞行训练模拟设备，波音系列机型全动模拟机应用广泛，通过研究某型全动模拟机起落架仿真系统的组成和工作原理知识，提供有效的解决故障的思路，可以极大地提高模拟机的维护效率；在满足模拟机起落架相关训练科目需求的同时，也可以根据训练需求，在后期进一步开拓相关科目的飞行训练，为安全飞行提供有力的后勤保障。
然而，在长期的使用中，由于频繁的设置或取消模拟机起落架卡阻故障，使得电机的工作电压频繁变化，导致起落架控制电路中的电阻电机烧毁率大大增加，电路的不稳定不仅使训练设备的可靠性降低，对飞行员的仿真训练科目质量也造成极大影响，还产生了大量的人力物力维护成本。通过简化起落架仿真系统的控制电路，结合有关的电路控制知识和以往的工作经验，利用Multisim仿真软件模拟控制电路中串联不同电阻的条件，记录电机的工作电压电流的变化情况并进行对比，可为提出起落架仿真系统控制电路的优化改进方案提供有效的理论支持基础，对降低设备维护需求，提高训练设备的可靠性，提升飞行员的模拟训练体验具有重要的意义。
1 起落架仿真系統组成及工作原理
1.1 系统硬件组成
波音系列模拟机起落架主要由驾驶舱执行机构、模拟机正下方（900区域）的LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM及应急起落架系统组成（见图1）。驾驶舱执行机构由起落架指示灯面板、起落架手柄、微动电门、LEVER LOCK SOLENOID组件、钢索机构组成，如图2所示。其中，LEVER LOCK SOLENOID组件由一个活动挡块以及一个28V线圈组成；LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM组件由Friction clamp（摩擦力夹子）、Jamming clamp（卡阻夹子）、Potentiometer（位置传感器）、Spring capsule（弹簧胶囊）、SWITCH S1&S2（微动开关）、LINEAR ACTUATOR（线性作动筒）、Motor（直流电机）、Relay module（继电器模块，内置有电容）、R2保护电阻等组成。模拟机900区域LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM组件中的位置传感器内部含有起落架UP、DOWN和OFF三个挡位的微动开关，以保证起落架信号的正常输出，如图3所示。
1.2 工作原理
波音机型起落架有三个挡位，分别为UP、DOWN和OFF位。
在起落架正常使用的情况下，LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM组件的S2微动开关一直处于激活状态，在此基础上，起落架的控制实现主要由驾驶舱的执行机构完成。通过拨动起落架手柄，触发驾驶舱执行机构的微动电门（UP/ DOWN）输出起落架的其中一组控制信号；拨动手柄的同时，通过传动钢索牵引触发模拟机900区域LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM组件内的位置传感器，输出另一组相同的起落架控制信号。两组信号一同传到后台主机，再由后台主机将面板指示灯信号、DU起落架状态信息等传回驾驶舱，完成起落架的控制。
此外，当飞机在地面时，由于驾驶舱执行机构内的线圈将挡块激活，正常情况下，此时的起落架手柄只能放到OFF位（收起落架舱门位），起落架无法收到UP位，但是通过起落架手柄上红色的超控拉钩，可以实现起落架手柄的收起。图4为起落架仿真系统控制原理的工作框图。
2 起落架卡阻科目仿真实现分析
2.1 起落架卡阻科目的仿真实现
在飞行员的起落架卡阻仿真训练科目中，以“Gear level fail in position”为例进行说明。
当进行起落架卡阻仿真时，主机通过GPIM板卡的一个输出端口发送28V电压控制信号，LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM组件的直流电机工作，使线性作动筒释放微动开关S2向下移动，到达微动开关S1后，弹簧胶囊带动锁定插销，卡阻夹子释放100lbs的力锁定位置传感器从而锁定钢索，使起落架手柄实现在任意位置的卡阻。
当需要取消卡阻仿真故障时，主机通过GPIM板卡的另一个输出端口发送电压控制信号到继电器L1，继电器改变内部开关状态使电机反向转动，释放S1开关从而释放弹簧胶囊，卡阻夹子的力即取消，线性作动向上移动直到激活S2微动开关，电机停转。
2.2 控制电路分析及故障处理思路
图5所示为起落架LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM组件的控制电路简图。通过GPIM板卡输入控制电机工作的电压信号，电阻R2=2.74Ω，在电路中起限流降压的保护作用。实际的控制电路中使用的是额定电压电流分别为24.0～28.0V、6.0～8.0A的直流电机。 结合前文介绍仿真卡阻的实现原理，当设置“Gear level fail in position”训练仿真科目后出现起落架仍能正常收放的故障时，可以从无法实现卡阻夹子固定位置传感器的作用筒导致起落架手柄仍可操作方面入手。列出以下较为有效的排故思路。
1）在S2处测量GPIM卡输出端28V电压在设置卡阻故障时是否能正常工作，判断主机到GPIM卡的控制信号是否正常，如无电压则进行上级线路排故。
2）如上一步骤1测试正常，则可通过测量电机两端的电压是否正常来判断继电器、R1电阻及微动开关部分电路是否正常，再通过测量电机内阻或更换电机来确认电机是否正常。图6为控制电路中使用的2.74OHMS电阻R2的实物图。
3 控制电路的优化改进
全动模拟机在长期的使用过程中，由于频繁设置或取消起落架卡阻故障，使得电机的工作电压频繁变化，大大缩短了控制电路的工作寿命。有记录以来，相关的电阻电机烧毁导致训练仿真科目无法实现的故障多达十数起，这不仅对飞行训练科目的质量造成极大影响，而且产生了大量的人力物力维护成本。因此，研究控制电路并提出对控制电路的改进方案意义重大。
3.1 Multisim仿真试验研究
通过对原始控制电路（见图5）的研究分析可知，24～28V额定电压、6.0～8.0A额定电流的电机工作电路中，S1、S2限位开关主要负责供电电源的通断，由继电器L1控制电机电流的正反向，使得电机正反转实现故障的复位。由此简化控制电路得到相同电路特性的电路图，如图7所示。图中电源由一个振幅为14V的PWM波（频率50Hz、占空比50%）模拟电源电流的正反向输入，实现电机正反转的模拟。其中，通道A监控电机实时电压值，通道B监控电压实时电压值。电机使用Multisim软件自带的电机模型。
当电阻为原始电路电阻2.74Ω时得到的仿真波形图如图8所示，在换向瞬间，电机承受的瞬时电压增大到38.9V，此时电机的工作电压为11.8V，突变电压差V1=27.1V，比值系数为27.1/11.8=2.3。
降低电阻R1= 1.5Ω时得到的仿真波形图如图9所示，在换向瞬间，电机承受的瞬时电压增大到37.0V，此时电机的工作电压为16.0V，突变电压差V1=21.0V，比值系数为21.0/16.0=1.3。
降低电阻R1=0.5Ω时得到的仿真波形图如图10所示，在换向瞬间，电机承受的瞬时电压增大到32.6V，此时电机的工作电压为22.5V，突变电压差V1=10.2V，比值系数为10.2/22.5=0.45。
降低电阻R1=0Ω时得到的仿真波形图如图11所示，在换向瞬间，电机不再承受瞬时突变电压，此时电机的工作电压为28.0V，突变电压差V1=0V，比值系数为0，电机工作在理想状态下。
电机工作在额定电流电压下，控制电路中R1的电阻值越小，电机承受的突变电压系数比值也越小，电机工作越稳定，使用寿命越长。由此，可以初步提出通过降低控制电路中R1的电阻值来稳定控制电路的基本方案。
3.2 方案分析
多次试验测试发现，当实际的控制电路R1=0Ω时，24～28V额定电压电机极易烧毁。测量发现多为电路电流过大所致，因而控制电路中将R1设置为0Ω仅能在理想情况下实现。同时，为保证电机能够在正常的电流电压环境下工作，电阻R1的值不应大于2.74Ω（见图12）。经过对不同R1值时的仿真试验及实际电路的安装测试，发现在R1=1.5Ω时电机工作在额定电流及额定电压内，电机工作稳定且起落架机构工作正常（见图13）。
将R1的电阻值改为1.5Ω后，长达半年的监控数据表明起落架控制电路的电机再未出现烧毁情况，且电阻也未被烧毁。推广到所有含有相关起落架控制电路的全动模拟机上后，统计已有的故障记录，五年来未发生过一起相关的控制电路故障，极大地提高了电路工作的可靠性。
4 结束语
通过对某型全动模拟机起落架系统的介绍及相关训练故障的仿真实现分析，在保障设备稳定的情况下对其控制电路进行改进优化，可以有效降低因设备故障造成的训练时间损失，提高设备稳定性，降低维护成本。目前国内模拟机制造业处于起步阶段，对于飞行训练科目类仿真技术需求很高，本文提出的优化方案可作为国内模拟机制造及研发的重要参考。
参考文献
[1]谢东，李容.基于Multisim的PWM直流电机调速控制電路设计与仿真[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2013，15（3）.
关键词：模拟机；起落架；控制电路；训练科目；仿真；技术参考
Keywords：simulator；landing gear；control circuit；training subjects；simulation；technical reference
0 引言
起落架是飞机起飞、着陆、滑跑、地面移动和停放所必需的支持系统，承担着飞机安全运行的重要使命，熟练掌握起落架的运行原理，对飞行员而言是一项必备技能。作为飞行训练模拟设备，波音系列机型全动模拟机应用广泛，通过研究某型全动模拟机起落架仿真系统的组成和工作原理知识，提供有效的解决故障的思路，可以极大地提高模拟机的维护效率；在满足模拟机起落架相关训练科目需求的同时，也可以根据训练需求，在后期进一步开拓相关科目的飞行训练，为安全飞行提供有力的后勤保障。
然而，在长期的使用中，由于频繁的设置或取消模拟机起落架卡阻故障，使得电机的工作电压频繁变化，导致起落架控制电路中的电阻电机烧毁率大大增加，电路的不稳定不仅使训练设备的可靠性降低，对飞行员的仿真训练科目质量也造成极大影响，还产生了大量的人力物力维护成本。通过简化起落架仿真系统的控制电路，结合有关的电路控制知识和以往的工作经验，利用Multisim仿真软件模拟控制电路中串联不同电阻的条件，记录电机的工作电压电流的变化情况并进行对比，可为提出起落架仿真系统控制电路的优化改进方案提供有效的理论支持基础，对降低设备维护需求，提高训练设备的可靠性，提升飞行员的模拟训练体验具有重要的意义。
1 起落架仿真系統组成及工作原理
1.1 系统硬件组成
波音系列模拟机起落架主要由驾驶舱执行机构、模拟机正下方（900区域）的LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM及应急起落架系统组成（见图1）。驾驶舱执行机构由起落架指示灯面板、起落架手柄、微动电门、LEVER LOCK SOLENOID组件、钢索机构组成，如图2所示。其中，LEVER LOCK SOLENOID组件由一个活动挡块以及一个28V线圈组成；LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM组件由Friction clamp（摩擦力夹子）、Jamming clamp（卡阻夹子）、Potentiometer（位置传感器）、Spring capsule（弹簧胶囊）、SWITCH S1&S2（微动开关）、LINEAR ACTUATOR（线性作动筒）、Motor（直流电机）、Relay module（继电器模块，内置有电容）、R2保护电阻等组成。模拟机900区域LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM组件中的位置传感器内部含有起落架UP、DOWN和OFF三个挡位的微动开关，以保证起落架信号的正常输出，如图3所示。
1.2 工作原理
波音机型起落架有三个挡位，分别为UP、DOWN和OFF位。
在起落架正常使用的情况下，LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM组件的S2微动开关一直处于激活状态，在此基础上，起落架的控制实现主要由驾驶舱的执行机构完成。通过拨动起落架手柄，触发驾驶舱执行机构的微动电门（UP/ DOWN）输出起落架的其中一组控制信号；拨动手柄的同时，通过传动钢索牵引触发模拟机900区域LOAD UNIT FRICTION LINEAR/ JAM组件内的位置传感器，输出另一组相同的起落架控制信号。两组信号一同传到后台主机，再由后台主机将面板指示灯信号、DU起落架状态信息等传回驾驶舱，完成起落架的控制。
此外，当飞机在地面时，由于驾驶舱执行机构内的线圈将挡块激活，正常情况下，此时的起落架手柄只能放到OFF位（收起落架舱门位），起落架无法收到UP位，但是通过起落架手柄上红色的超控拉钩，可以实现起落架手柄的收起。图4为起落架仿真系统控制原理的工作框图。
2 起落架卡阻科目仿真实现分析
2.1 起落架卡阻科目的仿真实现
在飞行员的起落架卡阻仿真训练科目中，以“Gear level fail in position”为例进行说明。
当进行起落架卡阻仿真时，主机通过GPIM板卡的一个输出端口发送28V电压控制信号，LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM组件的直流电机工作，使线性作动筒释放微动开关S2向下移动，到达微动开关S1后，弹簧胶囊带动锁定插销，卡阻夹子释放100lbs的力锁定位置传感器从而锁定钢索，使起落架手柄实现在任意位置的卡阻。
当需要取消卡阻仿真故障时，主机通过GPIM板卡的另一个输出端口发送电压控制信号到继电器L1，继电器改变内部开关状态使电机反向转动，释放S1开关从而释放弹簧胶囊，卡阻夹子的力即取消，线性作动向上移动直到激活S2微动开关，电机停转。
2.2 控制电路分析及故障处理思路
图5所示为起落架LOAD UNIT FRICTION LINEAR/JAM组件的控制电路简图。通过GPIM板卡输入控制电机工作的电压信号，电阻R2=2.74Ω，在电路中起限流降压的保护作用。实际的控制电路中使用的是额定电压电流分别为24.0～28.0V、6.0～8.0A的直流电机。 结合前文介绍仿真卡阻的实现原理，当设置“Gear level fail in position”训练仿真科目后出现起落架仍能正常收放的故障时，可以从无法实现卡阻夹子固定位置传感器的作用筒导致起落架手柄仍可操作方面入手。列出以下较为有效的排故思路。
1）在S2处测量GPIM卡输出端28V电压在设置卡阻故障时是否能正常工作，判断主机到GPIM卡的控制信号是否正常，如无电压则进行上级线路排故。
2）如上一步骤1测试正常，则可通过测量电机两端的电压是否正常来判断继电器、R1电阻及微动开关部分电路是否正常，再通过测量电机内阻或更换电机来确认电机是否正常。图6为控制电路中使用的2.74OHMS电阻R2的实物图。
3 控制电路的优化改进
全动模拟机在长期的使用过程中，由于频繁设置或取消起落架卡阻故障，使得电机的工作电压频繁变化，大大缩短了控制电路的工作寿命。有记录以来，相关的电阻电机烧毁导致训练仿真科目无法实现的故障多达十数起，这不仅对飞行训练科目的质量造成极大影响，而且产生了大量的人力物力维护成本。因此，研究控制电路并提出对控制电路的改进方案意义重大。
3.1 Multisim仿真试验研究
通过对原始控制电路（见图5）的研究分析可知，24～28V额定电压、6.0～8.0A额定电流的电机工作电路中，S1、S2限位开关主要负责供电电源的通断，由继电器L1控制电机电流的正反向，使得电机正反转实现故障的复位。由此简化控制电路得到相同电路特性的电路图，如图7所示。图中电源由一个振幅为14V的PWM波（频率50Hz、占空比50%）模拟电源电流的正反向输入，实现电机正反转的模拟。其中，通道A监控电机实时电压值，通道B监控电压实时电压值。电机使用Multisim软件自带的电机模型。
当电阻为原始电路电阻2.74Ω时得到的仿真波形图如图8所示，在换向瞬间，电机承受的瞬时电压增大到38.9V，此时电机的工作电压为11.8V，突变电压差V1=27.1V，比值系数为27.1/11.8=2.3。
降低电阻R1= 1.5Ω时得到的仿真波形图如图9所示，在换向瞬间，电机承受的瞬时电压增大到37.0V，此时电机的工作电压为16.0V，突变电压差V1=21.0V，比值系数为21.0/16.0=1.3。
降低电阻R1=0.5Ω时得到的仿真波形图如图10所示，在换向瞬间，电机承受的瞬时电压增大到32.6V，此时电机的工作电压为22.5V，突变电压差V1=10.2V，比值系数为10.2/22.5=0.45。
降低电阻R1=0Ω时得到的仿真波形图如图11所示，在换向瞬间，电机不再承受瞬时突变电压，此时电机的工作电压为28.0V，突变电压差V1=0V，比值系数为0，电机工作在理想状态下。
电机工作在额定电流电压下，控制电路中R1的电阻值越小，电机承受的突变电压系数比值也越小，电机工作越稳定，使用寿命越长。由此，可以初步提出通过降低控制电路中R1的电阻值来稳定控制电路的基本方案。
3.2 方案分析
多次试验测试发现，当实际的控制电路R1=0Ω时，24～28V额定电压电机极易烧毁。测量发现多为电路电流过大所致，因而控制电路中将R1设置为0Ω仅能在理想情况下实现。同时，为保证电机能够在正常的电流电压环境下工作，电阻R1的值不应大于2.74Ω（见图12）。经过对不同R1值时的仿真试验及实际电路的安装测试，发现在R1=1.5Ω时电机工作在额定电流及额定电压内，电机工作稳定且起落架机构工作正常（见图13）。
将R1的电阻值改为1.5Ω后，长达半年的监控数据表明起落架控制电路的电机再未出现烧毁情况，且电阻也未被烧毁。推广到所有含有相关起落架控制电路的全动模拟机上后，统计已有的故障记录，五年来未发生过一起相关的控制电路故障，极大地提高了电路工作的可靠性。
4 结束语
通过对某型全动模拟机起落架系统的介绍及相关训练故障的仿真实现分析，在保障设备稳定的情况下对其控制电路进行改进优化，可以有效降低因设备故障造成的训练时间损失，提高设备稳定性，降低维护成本。目前国内模拟机制造业处于起步阶段，对于飞行训练科目类仿真技术需求很高，本文提出的优化方案可作为国内模拟机制造及研发的重要参考。
参考文献
[1]谢东，李容.基于Multisim的PWM直流电机调速控制電路设计与仿真[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2013，15（3）.