Амортизационная стойка шасси самолета

Полезная модель относится к области авиационного транспорта, а именно к амортизационной стойке шасси самолета с адаптивным контуром, изменяющим ее упругодемпфирующие характеристики.
Задача снижения вертикальных перегрузок при движении самолета по ВПП заключатся в направленном изменении значений коэффициентов жесткости и демпфирования за счет подаваемых сигналов от системы управления. В связи с изменяющимися воздействиями внешних возмущений от опорной поверхности ВПП необходимо постоянно варьировать алгоритм настройки коэффициентов жесткости и демпфирования амортизационных стоек шасси.
Известно изобретение «Способ снижения динамической нагруженности транспортного средства при движении по поверхности и транспортное средство, реализующее этот способ (патент №2603703, МПК B60G17/015, В64С25/00, B60W30/02, B60W40/10, 27.11.2016 г.). В изобретении устройство амортизационной стойки состоит из гидроцилиндра, пневмоаккумулятора, системы клапанов, логико-вычислительной подсистемы, включающей вычислитель, эталонную модель и регулятор, вырабатывающий управляющий сигнал для изменения жесткости и демпфирования амортизационной стойки. По алгоритму анализируется входящая информация об опорной поверхности и о параметрах движения транспортного средства. Логико-вычислительная подсистема выдает электромагнитные пропорциональные сигналы на распределители с пропорциональным электромагнитным управлением и клапаны, установленные на мембранах, разделяющих пневмоаккумулятор на полости. Исполнительные механизмы открывают или закрывают соответствующие пневмолинии и каналы, изменяя объем пневмоаккумулятора, а также варьируя давление его запитки инертным газом. В таком способе регулирование коэффициента жесткости происходит ступенчато, что вызывает ухудшение характеристик устойчивости амортизационной системы. Кроме того, в изобретении предполагается использовать сканер неровностей поверхности, что затрудняет его использование на обледенелых и заснеженных ВПП для определения точных параметров (высота и длина) неровностей.
Известно, принятое за прототип, изобретение «Способ снижения вертикальных и угловых перегрузок транспортного средства при движении по поверхности и транспортное средство, реализующее этот способ» (патент №2569235, МПК B60G17/015, В64С25/00, B60W30/02, B60W40/10, 20.11.2015). Транспортное средство содержит амортизационную стойку, состоящую из последовательно соединенных гидроцилиндра, пневмоаккумулятора, ресивера подпитки, а также клапанов управления и электронного блока управления ими.
Недостатками устройства амортизационной стойки являются отсутствие у системы свойства адаптации к изменяющимся параметрам ВПП, а также наличие в конструкции большого количества клапанов (распределителей с пропорциональным управлением и клапанов, соединяющих полости пневмогидроаккумулятора), что снижает суммарную надежность предлагаемой системы.
Для формирования адекватной системы решений от воздействия опорной поверхности ВПП на планер самолета предлагается использовать алгоритм, включающий искусственную адаптивную нейронную сеть.
Задачей создания полезной модели является снижение вертикальных и угловых перегрузок транспортного средства при движении по неровной поверхности с изменяющимися параметрами.
Технический результат состоит в создании адаптивной к изменению параметров взлетно-посадочных полос амортизационной стойки шасси самолета за счет управления ее упругодемпфирующими характеристиками.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что амортизационная стойка шасси самолета, содержащая последовательно соединенные гидроцилиндр, пневмоаккумулятор, ресивер подпитки, а также клапаны управления и электронный блок управления ими, для управления коэффициентом жесткости амортизационной стойки дополнительно содержит ресивер с изменяемым объемом, газовая полость которого соединена с газовой полостью пневмоаккумулятора, а вход соединен с основной линией запитки газовой полости пневмоаккумулятора пневматической магистралью, включающей дополнительный клапан управления, электронный блок управления выполнен с возможностью использования алгоритмов искусственного интеллекта. Ресивер изменения жесткости выполнен в виде корпуса с поршнем с возможностью бесступенчатого изменения объема газовой полости.
Полезная модель поясняется чертежами.
Фиг. 1. Принципиальная схема амортизационной стойки шасси самолета.
Фиг. 2. Структурная схема управления характеристиками амортизационной стойки шасси самолета.
Фиг. 3. Обобщенная схема получения сигнала управления на изменение коэффициентов жесткости и демпфирования амортизационной стойки, включающая искусственную нейронную сеть.
На фиг. 1 приведена конструкция амортизационной стойки. Амортизационная стойка 1 колеса шасси 3 самолета содержит гидроцилиндр 2, пневмоаккумулятор 13, регулируемый дроссель 12, клапаны 9 и 17, ресивер 8 с изменяемым объемом для управления коэффициентом жесткости амортизационной стойки, редукционный клапан 19, ресивер запитки 11. Поршневая полость гидроцилиндра 2 соединена гидравлической магистралью с дросселем 12, проходное отверстие которого может изменяться. Дроссель 12 соединен, в свою очередь, с пневмоаккумулятором 13. Пневмоаккумулятор 13 имеет две выходные пневматические магистрали. Одна магистраль соединена с ресивером 8 с изменяемым объемом, состоящим из цилиндра с поршнем. Подавая воздух (инертный газ), с другой стороны поршня ресивера 8 происходит плавное регулирование добавленного объема пневмоаккумулятора 13. Управление подачей воздуха (инертного газа) к ресиверу 8 осуществляют с помощью клапана 9. Вторая выходная магистраль пневмоаккумулятора 13 идет к клапану 17. Перед клапаном 17 находится ответвление магистрали к клапану 9. После клапана 17 находится редукционный клапан 19, соединенный с ресивером запитки 11. Управление клапанами 9, 17 и 19 происходит с помощью электрических сигналов 10, 16 и 18 соответственно, которые формируются в блоке управления 15.
Блок управления 15 предназначен для подачи сигналов управления на клапаны 9, 17 и 19 при изменении высоты и длины неровностей опорной поверхности, по которой движется колесо шасси амортизационной стойки. Блок управления содержит трехслойную нейронную сеть. На вход блока управления для его активации подается единичный ступенчатый сигнал 20 (фиг. 2). При движении амортизационной стойки по опорной поверхности с датчиков измерения вертикальной перегрузки в центре тяжести самолета, скорости его движения и угла тангажа планера подаются сигналы об этих параметрах движения на блок управления 15. В блоке управления они сравниваются с нормируемыми известными значениями для этого типа самолета, и если имеет место превышение их значений, то включаются алгоритмы управления, которые изменяют установочные значения диаметра дросселирующего отверстия и давления запитки пневмоаккумулятора. Т.е. происходит изменение коэффициентов демпфирования и жесткости амортизационной стойки. Алгоритмы управления устроены так, что при увеличении динамической нагруженности самолета блок управления подает сигналы на уменьшение коэффициентов жесткости и демпфирования амортизационной стойки, т.е. стойка становится более «мягкой». И наоборот - при уменьшении динамической нагруженности самолета блок управления подает сигналы на увеличение коэффициентов жесткости и демпфирования амортизационной стойки. В блоке управления 15 в алгоритмах управления присутствуют коэффициенты усиления по каналам управления -вертикальной перегрузке, скорости амортизационной стойки, углу тангажа. Эти коэффициенты отвечают за степень (быстроту) изменения коэффициентов жесткости и демпфирования амортизационной стойки при отклонении параметров движения самолета. Для изменения быстроты (степени) этого изменения в блок управления введена нейронная сеть (фиг. 3). На ее вход подаются сигналы о движении самолета (вертикальная перегрузка в центре тяжести, скорость движения и угол тангажа планера), а также ступенчатый единичный сигнал. Она анализирует возможные изменения входных сигналов, а также скорость их изменения. Затем она подает сигнал управления блоку управления для изменения коэффициентов усиления, которые отвечают за степень изменения коэффициентов жесткости и демпфирования амортизационной стойки.
Работу амортизационной стойки шасси самолета 1 при движении можно описать следующим образом. Колесо шасси 3 самолета движется со скоростью 6 по опорной поверхности 4, характеризующейся наличием неровностей высотой 7 и длиной 5. При наезде колеса 4 на неровность 7 масло из гидроцилиндра 2 поступает через дроссель 12 в пневмоаккумулятор 13. Пневмоаккумулятор имеет два выходных отверстия. Одно отверстие соединено с ресивером изменяемого объема 8. Второе отверстие соединено с клапаном 17 с электромагнитным управлением, который управляет подачей инертного газа в пневмоаккумулятор 13. Для уменьшения объема ресивера 8 включается клапан с электромагнитным управлением 9. Инертный газ из ресивера запитки 11 поступает на клапан 17 через редукционный клапан 19, настраивающий предельный уровень давления в системе (коэффициент жесткости амортизационной стойки). Управление клапанами 9 и 17, а также редукционного клапана 19 происходит по каналам 10, 16 и 18 соответственно. Сигналы управления на эти каналы формируются блоком адаптации 15, на который в свою очередь приходит входной сигнал управления 14.
При движении колеса шасси 3 со скоростью 6 по поверхности 4 с длиной неровности 5 и высотой неровности 7, например, самолет на этапе разбега и пробега, с целью уменьшения перегрузок, передаваемых от шасси на планер самолета, происходит направленное изменение упругодемпфирующих характеристик амортизационных стоек. К характеристикам амортизационных стоек относятся коэффициент демпфирования и коэффициент жесткости. Коэффициент демпфирования амортизационной стойки 1 колеса шасси 3 направленно изменяется с помощью изменения размера отверстия регулируемого дросселя 12. Коэффициент жесткости амортизационной стойки 1 колеса шасси 3 направленно изменяется путем изменения объема пневмогидроаккумулятора 13 при подключении к нему ресивера 8 с изменяемым объемом, а также изменения избыточного давления инертного газа в пневмоаккумуляторе 13 за счет включения клапана 17. Необходимое быстродействие обеспечивается временем переключения клапанов с электромагнитным управлением 9 и 17, а также настройки давления с помощью редукционного клапана 19, поступающего из ресивера запитки 11.
Включение клапана 9 изменяет объем ресивера 8 в сторону уменьшения, т.е. увеличения коэффициента жесткости амортизационной стойки 1. Включение клапана 17 активирует работу клапана 9 и возможность подачи инертного газа в пневмогидроаккумулятор 13. Также коэффициент жесткости амортизационной стойки 1 изменяется за счет увеличения избыточного давления инертного газа, подаваемого от ресивера запитки 11 через редукционный клапан 19. Сигналы управления, необходимые для включения клапанов 9, 17, а также для редукционного клапана 19 формируются по линиям 10, 16 и 18 соответственно. При этом, в связи с изменяемым характером параметров неровностей 5 и 7 сигналы управления необходимо варьировать. Варьирование сигналов происходит в блоке управления 15. Входным сигналом для блока управления 15 служит массив параметров о движении самолета, например, его скорость, вертикальные перегрузки и т.д.
Структурная схема блока 15 для управления характеристиками амортизационной стойки представлена на фиг. 2. Входной единичный сигнал 20 на изменение характеристик амортизационной стойки подается на блок сравнения 21, в котором происходит его вычитание с реальным сигналом 26, поступающем через канал обратной связи 24. Сигнал 26 при этом принят за критерий качества системы (таким сигналом, например, может быть вертикальная перегрузка колеса шасси транспортного средства). Далее сигнал рассогласования поступает на блок параметров амортизационной стойки 22, где вырабатывается с помощью адаптивного алгоритма 23 сигнал управления на характеристики амортизационных стоек 1 самолета 25.
Алгоритм управления 23 формируется путем использования нейронной сети 28 (фиг. 3). Алгоритм управления в устройстве амортизационной стойки необходим для изменения законов управления коэффициентами жесткости и демпфирования стойки при изменении характера воздействий с опорной поверхностью при движении. Характер воздействия с опорной поверхностью зависит от высоты и длины неровностей, скорости движения колеса амортизационной стойки, твердости опорной поверхности, давлении в шине колеса и др. Т.е. для нейронной сети необходим сигнал о критерии качества движения самолета по опорной поверхности. Таким сигналом может быть, например, перегрузка, передаваемая от амортизационной стойки на корпус самолета, скорость перемещения штока гидроцилиндра и его ускорение, текущее значение давления в гидравлических и пневматических магистралях устройства амортизационной стойки. На нейронную сеть поступает единичный ступенчатый сигнал 20, активизирующий нейронную сеть, и сигнал рассогласования 27 нормируемой величины критерия качества и реального его значения (например, разность нормируемой величины вертикальных перегрузок корпуса стойки и текущие ее значения). Алгоритм управления 22, представленный уравнениями (1) и (2), способен изменять характеристики амортизационной стойки (коэффициент жесткости и демпфирования). В этот алгоритм входят коэффициенты обратной связи, характеризующие изменение диаметра дросселирования 12 жидкости и давления запитки газовой полости пневмогидроаккумулятора 13. Нейронная сеть 28 по сигналам 20 и 27 формирует сигнал на изменение коэффициентов алгоритмов (1) и (2), которые отвечают за быстроту изменения демпфирования и жесткости амортизационной стойки при появлении динамической нагруженности планера самолета. При этом необходима обратная связь, подаваемая на третий вход нейронной сети, формирующаяся блоком рассогласования 29 за счет выходного сигнала с амортизационной стойки 22 и постоянного ступенчатого сигнала 30.
Предложена амортизационная стойка шасси самолета с управляемыми упругодемпфирующими характеристиками путем подачи сигнала управления от искусственной нейронной сети, адаптированная к изменению параметров взлетно-посадочных полос и, следовательно, к снижению вертикальных и угловых перегрузок при движении по неровной поверхности.
Обозначения к описанию полезной модели
1 - амортизационная стойка;
2 - гидроцилиндр;
3 - колесо шасси;
4 - опорная поверхность;
5 - длина неровности опорной поверхности;
6 - скорость движения транспортного средства;
7 - высота неровности опорной поверхности;
8 - ресивер с изменяемым объемом;
9 - клапан управления;
10 - канал управления клапаном 9;
11 - ресивер запитки;
12 - регулируемый дроссель;
13 - пневмогидроаккумулятор;
14 - входной канал управления;
15 - блок управления;
16 - канал управления клапаном 17;
17 - клапан управления;
18 - канал управления редукционным клапаном 19;
19 - редукционный клапан;
20 - входной единичный сигнал;
21 - блок рассогласования;
22 - блок параметров амортизационной стойки;
23 - адаптивный алгоритм;
24 - линия обратной связи;
25 - самолет;
26 - сигнал о критерии качества движения самолета по опорной поверхности;
27 - сигнал рассогласования;
28 - блок нейронной сети;
29 - блок рассогласования;
30 - постоянный ступенчатый сигнал.