题目：飞机自馈能式电液一体化刹车系统研究

飞机刹车系统是重要的机载系统，对飞机起飞、着陆的安全性有重要影响。传统的飞机液压刹车系统通过多套机载集中泵源供能，能源管路分布于机身内部，布局复杂，零部件数目大，故障率高，系统安全性、经济性和可靠性难以提升。全电刹车作为原系统的替代是目前主流的研究方向，然而全电刹车在性能与可靠性上仍受制约，尤其对于大型飞机所需的大功率刹车，全电刹车短时间内难以取得工程化突破。为了解决上述问题，提出了一种新型的飞机自馈能式刹车系统，该系统的基本思想是回收飞机制动时的动能并将这部分能量用于为刹车装置供能，进行飞机刹车。

围绕该思想，通过比较几种能量形式的优缺点，确立以自馈能式电液一体化刹车系统为研究对象。该系统采用分布式一体化结构，取消了长供油管路，相对于传统刹车系统具有更高的可维护性和经济性；同时保留了成熟的液压刹车作动装置，可实现性、性能和可靠性优于全电刹车；而且即使在无动力应急情况下也能正常刹车，进一步提高飞机安全性。针对自馈能式电液一体化刹车系统，本论文讨论了其设计原则，分析了自馈能式电液刹车系统与其他能量回收系统的区别，给出了系统设计方法，并在此基础上结合实际飞机参数具体给出了自馈能式电液刹车样机的参数计算与机械设计过程。

为了对集成一体化的自馈能式电液刹车样机进行热力学分析与系统仿真，讨论了集中参数的液压系统热力学建模方法。将系统元件拆分为几种基本节点，并推导节点的热力学状态方程，通过各种节点合理的配合和组织建立各种液压元件的热力学模型，进而得到系统热力学模型。同时建立了油液流体的模型，考虑了油液比容、等压比热和导热率等热力学特性参数随压力和温度的变化；对于油液的体积弹性模量和体积膨胀系数，考虑其受油液中未溶解气体的影响，为了确定油液的等效体积弹性模量和等效体积膨胀系数，建立了含气油液模型，包含了压力对气体稳态溶解的影响和温度对气体稳态溶解量的修正，并将气体溶解、析出的时间常数加入到了模型中。此外，还建立了包括飞机地面滑跑动力学模型及轮胎模型的动力学方程，用于软件仿真和半实物仿真。

分析了所设计的自馈能式电液刹车样机与传统的液压刹车系统在防滑刹车控制中的区别，针对样机进行了防滑刹车控制算法研究。对于自馈能式电液样机，刹车控制算法除了需要实现防滑要求，还要克服供油压力的变化和刹车开关阀离散、不连续的特性。为此通过反演设计方法设计了由状态反馈函数构成的切换面，用于决定开关阀的开关状态，并采用卡尔曼-布西滤波对机轮与路面的结合力进行了在线估计，得到了一种针对性的防滑刹车控制律。然后应用Filippov框架和利亚普诺夫理论证明了运用该控制算法后闭环系统相对于参考点的局部渐近稳定性，并给出了系统在定义域内的相图证明了其全局收敛性。在完成建模和控制算法设计的基础上，对自馈能式电液刹车样机的刹车性能进行了软件仿真，讨论了样机的性能与特点。结果表明所设计的样机满足飞机刹车需求，热力学表现在允许范围内，所设计的控制器能有效进行防滑刹车控制，对路面变化具有鲁棒性。

试制了两型自馈能式电液刹车样机，并应用两套半实物仿真实验设备分别对样机进行了半实物实验，进一步验证了自馈能式刹车系统理论的可行性和所设计的自馈能式电液刹车样机的性能。实验表明自馈能式电液一体化刹车系统能在无机载供能的情况下，正常完成刹车功能，防滑刹车效果良好，具有发展应用前景。