一种确定民用飞机刹车系统振动台推力的验证方法

摘要

本发明属于民用飞机刹车系统环境试验领域，涉及一种确定民用飞机刹车系统振动台推力的验证方法。本发明包括以下步骤：计算刹车系统各项产品的质量；确定扩展头的质量；实测辅助用品的质量；计算刹车系统和辅助用品的质量之和；计算振动试验所需的推力；确定电动振动台的测试时长；确定电动振动台的额定推力。本发明首次提出一种确定民用飞机刹车系统振动台推力的验证方法，填补了国内外民用飞机刹车系统振动台推力验证领域的空白，具有突破性的技术进步。本发明可以避免推力过大造成的能源浪费，避免推力不足在振动试验过程中发生电动振动台过载损伤的后果。

权利要求

1.一种确定民用飞机刹车系统振动台推力的验证方法，其特征为所述验证方法包括以下步骤：步骤一，计算刹车系统各项产品的质量；

步骤二，确定扩展头的质量；

2.1)确定扩展头的小径、大径尺寸；

2.2)确定扩展头的厚度；

2.3)制造扩展头初样；

2.4)测试扩展头的传递特性；

2.5)计算扩展头的质量；

步骤三，实测辅助用品的质量；

步骤四，计算刹车系统和辅助用品的质量之和；

步骤五，计算振动试验所需的推力；

步骤六，确定电动振动台的测试时长：确定在23Grms振动量值条件下电动振动台的测试时长为1050h；

步骤七，确定电动振动台的额定推力：选择9kN、10kN、11kN三种规格的电动振动台进行测试，每一种规格的电动振动台数量为1台；所述测试用于确定振动验所需推力和电动振动台额定推力的比例，按照测试数据设计电动振动台；电动振动台通过测试的判据是：在累积1050h测试时长内，电动振动台的线圈未出现松动，元器件也未出现高温损伤，此时施加的推力就是要求电动振动台设计的额定推力。

说明书

一种确定民用飞机刹车系统振动台推力的验证方法

技术领域

[0001] 本发明属于民用飞机刹车系统环境试验领域，涉及一种确定民用飞机刹车系统振动台推力的验证方法。

背景技术

[0002] 现有振动台普遍采用电磁激振的工作原理，当电动振动台的推力达到额定值时，在随机振动试验过程中出现功放元器件损伤、动圈内部线圈松动的现象，更换热损伤的元器件售后有能力进行，但紧固动圈内部的线圈需要分解试验台返厂进行，周期约六个月，工作量大。反复维修影响电动振动台的寿命，影响刹车系统的研制进度。所以延长动圈内部线圈松动寿命是电动振动台用户关心的问题。

[0003] 国外没有采用刹车系统进行振动试验的先例，也没有针对刹车系统环境试验要求确定电动振动台推力的惯例。普遍采用逐项进行刹车系统产品振动试验的方法，刹车系统所有产品振动试验通过后，作为全系统通过振动试验的依据。刹车系统中质量最大的产品是防滑刹车控制盒，1台产品的质量约为9kg。由于单台产品的质量较小，一般采用1kN推力的电动振动台，小推力的振动台一般只有垂直台，没有水平拖台，三个相互垂直方向的振动试验依靠在扩展头上不同的安装方向解决。1个扩展头有三个安装产品的平面，使扩展头的质量比较大，在这种情况下经常发生电动振动台动圈松动的故障。

[0004] 类似于国外，国内同样没有采用刹车系统进行振动试验的先例，也没有针对刹车系统环境试验要求确定电动振动台推力的惯例。普遍采用逐项进行刹车系统产品振动试验的方法，刹车系统所有产品振动试验通过后，作为全系统通过振动试验的依据。刹车系统中质量最大的产品是防滑刹车控制盒，1台产品的质量为9.8kg。由于单台产品的质量较小，一般采用1kN推力的电动振动台，小推力的振动台一般只有垂直台，没有水平拖台，三个相互垂直方向的振动试验依靠在扩展头上不同的安装方向解决。1个扩展头有三个安装产品的平面，出现下列两种情况：1)使扩展头的质量比较大，在这种情况下经常发生电动振动台动圈线圈松动的故障。2)框架式扩展头刚度不足，在刹车系统产品振动试验中出现谐振，损伤刹车系统产品。

[0005] 综上所述，国内外现有技术都采用分别进行刹车系统所属各项产品振动试验的方法，都存在推力过大产生过载使电动振动台动圈内部线圈松动的故障。国内还存在框架式扩展头谐振损伤刹车系统产品的现象。一旦出现动圈内部线圈松动，就必须分解振动台，将动圈返回厂家紧固，发生往返的运输费用、修理费用，耽误刹车系统的研制周期，产生多方面的负面影响。

发明内容

[0006] 为消除国内外现有技术采用分别进行刹车系统所属各项产品振动试验方法带来的能源浪费和电动振动台动圈松动的故障，以及国内框架式扩展头谐振损伤刹车系统产品的问题，本发明提出一种确定民用飞机刹车系统电动振动台推力的验证方法，将刹车系统各项产品同时安装在电动振动台的动圈上进行试验；根据飞机着陆刹车过程中的加速度均方根和和动圈质量、扩展头质量、刹车系统质量计算所需的振动推力，然后实测电动振动台不会发生动圈线圈松动的推力，根据实测数据确定刹车系统电动振动台的输出推力和额定推力之间的比例，作为研制电动振动台的依据。

[0007] 本发明的技术方案是：一种确定民用飞机刹车系统振动台推力的验证方法，包括以下步骤：

[0008] 步骤1，计算刹车系统各项产品的质量；

[0009] 步骤2，确定扩展头的质量；

[0010] 2.1)确定扩展头的小径、大径尺寸；

[0011] 2.2)确定扩展头的厚度；

[0012] 2.3)制造扩展头初样；

[0013] 2.4)测试扩展头的传递特性；

[0014] 2.5)计算扩展头的质量；

[0015] 步骤3，实测辅助用品的质量；

[0016] 步骤4，计算刹车系统和辅助用品的质量之和；

[0017] 步骤5，计算振动试验所需的推力；

[0018] 步骤6，确定电动振动台的测试时长：确定在23Grms振动量值条件下电动振动台的测试时长为1050h；

[0019] 步骤7，确定电动振动台的额定推力

[0020] 选择9kN、10kN、11kN三种规格的电动振动台进行测试，每一种规格的电动振动台数量为1台；所述测试用于确定振动验所需推力和电动振动台额定推力的比例，按照测试数据设计电动振动台；电动振动台通过测试的判据是：在累积1050测试时长内，电动振动台的线圈未出现松动，元器件也未出现高温损伤，此时施加的推力就是要求电动振动台设计的额定推力。

[0021] 本发明的有益效果是：本发明首次提出一种确定民用飞机刹车系统振动台推力的验证方法，填补了国内外民用飞机刹车系统振动台推力验证领域的空白，具有突破性的技术进步。本发明可以避免推力过大造成的能源浪费，避免推力不足在振动试验过程中发生电动振动台过载损伤的后果。在实施本发明的过程中，具体还有以下优点：

[0022] 1)本发明采用三种规格的电动振动台测试不同推力对动圈线圈松动的作用，根据测试确定了刹车系统所用电动振动台的推力为额定推力的70％时，在1050h的测试时长内，未出现线圈松动和元器件高温损伤的故障。

[0023] 2)节约时间的效果：按照标准，刹车系统中的各项产品分别进行振动试验，消耗时间和资金是全系统进行振动试验的七倍，本发明对刹车系统进行振动试验，试验时间为原来的七分之一。

[0024] 3)社会效益：本发明对刹车系统进行振动试验，试验费用为原来每种产品均分别进行振动试验的七分之一，具有节约能源降低消耗的效果。

具体实施方式

[0025] 下面结合一具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明。

[0026] 本实施例是确定一种民用飞机刹车系统振动台的推力，按照所确定的推力研制电动振动台。该刹车系统的配套产品见表1。在确定电动振动台的动圈、扩展头、刹车系统的质量条件下，计算振动试验所需的推力，然后通过测试确定在规定振动时间内不会损伤电动振动台的额定推力，测试时间根据该刹车系统7000起落的寿命和10年的测试时间确定。确定该刹车系统振动台推力的准则为：

[0027] 1)根据动圈质量、刹车系统和辅助用品的质量、着陆刹车振动量值计算推力。

[0028] 2)根据计算得到的推力制定实测方案，确定振动台线圈不松动、元器件不发生热损伤的推力，所确定推力就是振动台研制的技术指标。

[0029] 表1 民机刹车系统配套产品

[0030] 序 名称 型号 数量 功能 质量kg1 线位移传感器 DW-1 4 给控制盒提供刹车电信号 1.6
2 防滑刹车控制盒 FH-2 1 给伺服阀提供0～20mA控制电流 9.8
3 伺服阀 SF-3 2 输出0～10MPa压力 5
4 轮速检测器 SJ-4 4 输出0～0.8V电压 1.6
5 电磁阀 DC-5 1 通/段15MPa起飞线刹车压力 2
6 换向阀 HX-6 1 正常刹车/起飞线刹车压力转换 1
7 液压传感器 YC-7 4 量程0～20MPa，精度I级 1
      17   22

[0031] 本实施例的具体过程是：

[0032] 步骤1，计算刹车系统各项产品的质量

[0033] 经计算表1刹车系统各项产品质量总和为：1.6+9.8+5+1.6+2+1+1＝22kg,计算过程中线位移传感器配套数量为4套，质量是4套产品质量之和，其余产品质量计算类推。

[0034] 步骤2，确定扩展头的质量

[0035] 扩展头的直径大于振动台动圈的直径，目的是不在安装中损伤动圈，且在扩展头上安装更多的产品。扩展头要求具备足够的刚度，根据模态分析确定扩展头的几何尺寸。

[0036] 为了获得较大的安装面积，扩展头采用截锥体，截锥体的大径园面用于安装刹车系统产品，截锥体的小径园面用于链接振动台的动圈。

[0037] 第一步，确定扩展头的小径、大径尺寸

[0038] 振动台的动圈直径为φ60cm，因此扩展头的小径为φ60cm。

[0039] 振动台和温湿度箱组成三综合试验系统，温度箱的密封板给振动台留φ100cm间隙，HB5830.5《机载设备环境条件及试验方法振动》第1.1.2条规定：当进行垂直方向振动时，水平方向运动的量值不超过垂直方向运动量值的25％，已知垂直方向运动的最大位移为5.1cm，则水平方向运动的位移为：5.1cm×25％＝1.275cm，考虑到振动台在地面上移动的误差，给振动台和温度箱配合之后留出5cm的间隙，因此扩展头的大径为φ90cm。

[0040] 第二步，确定扩展头的厚度

[0041] 确定扩展头厚度的方法：根据确定的扩展头大径为φ90cm，扩展头小径为φ60cm进行模态分析，初始的扩展头厚度为2cm，进行模态分析的频率范围为10～2000Hz，该频率范围是刹车系统振动试验的范围。经测试在振动频率80Hz时出现谐振，扩展头刚度不足，在振动中会产生附加的振动量值损伤刹车系统产品，扩展头也会断裂。

[0042] 以步长0.5cm加大厚度，继续进行扩展头的模态分析，经测试在振动频率110Hz时出现谐振，扩展头刚度不足，在振动中会产生附加的振动量值损伤刹车系统产品，扩展头也会断裂。

[0043] 继续以步长0.5cm加大厚度，进行扩展头的模态分析，经测试在振动频率170Hz时出现谐振，扩展头刚度不足，在振动中会产生附加的振动量值损伤刹车系统产品，扩展头也会断裂。

[0044] 迭代进行步长为0.5cm加厚扩展头的模态分析工作。

[0045] 当厚度加大到4.5cm，扩展头的谐振频率为4100Hz，大于刹车系统振动试验的2000Hz，在10～2000Hz振动过程中不会对刹车系统产生附加的振动量值，扩展头也不会变形。为留有余量，初步确定扩展头的厚度为5cm。

[0046] 第三步，制造扩展头初样

[0047] 采用铸造铝合金制造扩展头初样。初样的小径为60cm，大径为90cm，厚度为5cm。

[0048] 第四步，测试扩展头的传递特性

[0049] 为了减小扩展头将振动台的运动传递给刹车系统的误差，规定扩展头的传递特性不大于±3db。

[0050] 将扩展头初样安装到振动台上进行传递特性测试，若满足扩展头的传递特性不大于±3db的要求，则此初样就可以作为正式的扩展头。若实测扩展头的传递特性大于±3db，则需继续进行加大扩展头厚度的迭代工作。

[0051] 经实测，扩展头的传递特性为2db,符合将刹车系统产品固定在振动试验台上的条件。此初样可以作为正式扩展头使用。

[0052] 第五步，计算扩展头的质量

[0053] 截锥体的体积计算公式见式(1)。

[0054]

[0055] 已知：扩展头的大径R＝90cm，小径r＝60cm，厚度h＝5cm，π为圆周率,V为截锥体的体积，带入(1)式计算得：

[0056]

[0057] 铝的比重为2.7g/cm3，因此扩展头的质量为：89489.43×2.7＝241621.461g＝241.6215kg。

[0058] 步骤3，实测辅助用品的质量

[0059] 实测连接刹车系统产品的橡胶油管质量为10kg。

[0060] 实测连接控制盒、伺服阀、电磁阀、轮速检测器的铜芯电缆的质量为2kg。

[0061] 振动台的动圈为铝镁合金制造的成品，质量为60kg。

[0062] 扩展头的质量前面已经计算得到241.6215kg。

[0063] 将刹车系统振动试验中的辅助用品汇总见表2。

[0064] 表2 刹车系统振动试验中的辅助用品

[0065] 序 名称 材料 实测质量kg1 油管 橡胶(含油液) 10
2 扩展头 铝合金 241.6215
3 动圈 镁铝合金 60
4 电缆 铜芯，包覆层为橡胶 2
      313.6215

[0066] 表2各项辅助用品的质量求和为313.6215kg。

[0067] 步骤4，计算刹车系统和辅助用品的质量之和

[0068] 刹车系统各项产品及其各种辅助用品的质量就是表1、表2各项目质量之和：22+313.6215＝335.6215kg。

[0069] 步骤5，计算振动试验所需的推力

[0070] 实测该刹车系统最大加速度均方根值为23Grms，最大振动量值出现在着陆瞬间，持续时间为2s。根据牛顿第二定律计算刹车系统着陆过程中承受的振动力：

[0071] F＝m·a  (2)

[0072] 式(2)中：F为使质量为m的物体产生加速度为a所需的力。

[0073] 已知：m＝335.6215kg，随机信号计算加速度均方根：a＝23Grms，带入式(2)得：

[0074] F＝m·a＝335.6215×23＝7719.2945N

[0075] 根据计算结果，刹车系统振动试验所需的推力为7,7kN。

[0076] 步骤6，确定电动振动台的测试时长

[0077] 每年交付3批次的刹车系统，每批次抽1套刹车系统进行交付试验，试验过程中施加振动应力。每次试验时长为：7000起落×1.5＝10500起落。

[0078] 每年的试验时间为：(10500起落/每批次)×3批次＝31500起落

[0079] 由于电子元器件、非金属零件老化，电动振动台的大修寿命为10年，在10年大修寿命时间内的试验总时间为：

[0080] (31500起落)/年×10年＝315000起落

[0081] 通过实测，该飞机在着陆瞬间的最大振动量值为23Grms，着陆刹车过程持续时间平均为12s，12s之后为地面滑行。

[0082] 振动量值为23Grms在315000起落的振动时间为：

[0083] 315000起落×12s/(每起落)＝3780000s＝1050h

[0084] 确定在23Grms振动量值条件下电动振动台的测试时长为1050h。

[0085] 步骤7，确定电动振动台的额定推力

[0086] 电动振动台的线圈在大推力工作过程中会出现线圈松动，线圈松动后需分解维修，影响振动台的使用寿命。

[0087] 为了延长振动台的寿命，本发明选择的振动台额定推力大于试验所需的推力，通过测试确定振动台在规定测试时间内不发生线圈松动的额定推力。选择9kN、10kN、11kN三种规格的电动振动台进行测试，每一种规格的电动振动台数量为1台。本项测试用于确定振动验所需推力和电动振动台额定推力的比例，按照测试数据设计电动振动台。电动振动台通过测试的判据是：在累积1050测试时长内，电动振动台的线圈未出现松动，元器件也未出现高温损伤，此时施加的推力就是要求电动振动台设计的额定推力。

[0088] 测试方法：

[0089] 首先按照额定推力且在23Grms的加速度均方根条件下进行测试，若在1050测试时长内电动振动台未出现线圈松动，也未出现元器件热损伤，则测试结束。

[0090] 若出现线圈松动，或者元器件热损伤，则降低额定推力且在23Grms的加速度均方根条件下进行测试，降低1％～5％的额定推力。若在1050测试时长内电动振动台未出现线圈松动，也未出现元器件热损伤，则测试结束。

[0091] 若出现线圈松动，或者元器件热损伤，则继续降低额定推力且在23Grms的加速度均方根条件下进行测试，降低1％～5％的额定推力。若在累积1050测试时长内电动振动台未出现线圈松动，也未出现元器件热损伤，则测试结束。

[0092] 若出现线圈松动，或者元器件热损伤，则迭代进行降低额定推力且在23Grms的加速度均方根条件下进行测试，降低1％～5％的额定推力。按此过程一直进行到不发生不发生线圈松动，并且元器件不发生热损伤为止。

[0093] 测试过程：

[0094] 第一步，按照额定推力进行线圈松动的试验时间测试

[0095] 施加的推力分别为三台电动振动台额定推力，三台电动振动台同时开始测试，在测试进行到200测试小时时，三台电动振动台同时停机进行线圈是否松动的检测，出现松动的电动振动台停止测试，未出现线圈松动的电动振动台继续进行测试。以后每隔50试验小时对三台电动振动台进行1次停机测试，确定每一台的线圈是否发生松动，测试进行到每台电动振动台均累积1050试验小时为止。

[0096] 从200测试小时起，每隔100测试小时停机进行一次线圈是否松动的检测，测试累计进行到1000测试小时时，在停机进行线圈是否松动的检测后，继续进行50测试小时的试验，然后停机进行线圈是否松动的检测。

[0097] 本步的测试参数和测试结果见表3。

[0098] 表3 三种电动振动台测试参数和测试结果汇总表

[0099] 序 电动振动台规格 施加的推力 线圈出现松动的时间,h1 9kN*100％＝9kN 391.3kg(负载质量)×23Grms＝9kN 300
2 10kN*100％＝10kN 435kg(负载质量)×23Grms＝10kN 300
3 11kN*100％＝11kN 487.3kg(负载质量)×23Grms＝11kN 300

[0100] 在测试进行到300试验小时时，三台施加额定推力的振动台都出现了线圈松动和元器件热损伤，达不到在1050试验小时的时长内不出现线圈松动。

[0101] 第二步，按照95％额定推力进行线圈松动的试验时间测试

[0102] 本步施加的推力分别为三台电动振动台的95％额定推力，三台电动振动台同时开始测试，在测试进行到200试验小时时，三台电动振动台同时停机进行线圈是否松动的检测，出现松动的电动振动台停止测试，未出现线圈松动的电动振动台继续进行测试。以后每隔50试验小时对三台电动振动台进行1次停机测试，确定每一台的线圈是否发生松动，测试进行到每台电动振动台均累积700试验小时为止。

[0103] 本步的测试参数和测试结果见表4。

[0104] 表4 三种电动振动台测试参数和测试结果汇总表

[0105] 序 电动振动台规格 施加的推力 线圈出现松动的时间,h1 9kN*95％＝8.55kN 371.74kg(负载质量)×23Grms＝8.55kN 350
2 10kN*95％＝9.5kN 413.04kg(负载质量)×23Grms＝9.5kN 350
3 11kN95％＝10.5kN 454.35kg(负载质量)×23Grms＝10.5kN 350

[0106] 第三步，按照90％额定推力进行线圈松动的试验时间测试

[0107] 本步施加的推力分别为三台电动振动台的90％额定推力，三台电动振动台同时开始测试，在测试进行到200试验小时时，三台电动振动台同时停机进行线圈是否松动的检测，出现松动的电动振动台停止测试，未出现线圈松动的电动振动台继续进行测试。以后每隔50试验小时对三台电动振动台进行1次停机测试，确定每一台的线圈是否发生松动，测试进行到每台电动振动台均累积700试验小时为止。

[0108] 本步的测试参数和测试结果见表5。

[0109] 表5 三种电动振动台测试参数和测试结果汇总表

[0110] 序 电动振动台规格 施加的推力 线圈出现松动的时间,h1 9kN*90％＝8.1kN 352.17kg(负载质量)×23Grms＝8.1kN 400
2 10kN*90％＝9kN 391.3kg(负载质量)×23Grms＝9kN 400
3 11kN*90％＝9.9kN 430.43kg(负载质量)×23Grms＝9.9kN 400

[0111] 按照上述方法迭代进行三种电动振动台线圈松动的试验时间测试，且每次测试降低5％的推力，当测试进行到75％的额定推力时，三种电动振动台试验进行到700试验小时均未出现线圈松动。

[0112] 为留有余量，确定电动振动台输出的推力为额定推力的70％。

[0113] 在着陆刹车过程中产生的振动最大加速度度均方根23Grms时，刹车系统振动试验所需的推力为7.7kN，给设计振动台提的推力要求为：7,7kN/70％＝11kN。在此条件下，刹车系统在进行振动试验的过程中，不会发生电动振动台动圈内部线圈松动的故障。

[0114] 至此，完成了刹车系统电动振动台推力的确定工作，按70％的额定推力设计电动振动台。