起落架是飛機(jī)重要的承力并兼有操縱特性的部件，其基本功能涵蓋支撐機(jī)身、吸收起飛和著陸過(guò)程中的沖擊力、保障飛機(jī)在地面時(shí)的穩(wěn)定性和安全性。在飛行過(guò)程中，為減少飛行阻力、提高飛行性能，大部分飛機(jī)均設(shè)置有收放系統(tǒng)。飛機(jī)的起降過(guò)程中，起落架收放系統(tǒng)必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成收上或放下的任務(wù)，這對(duì)保障飛機(jī)安全具有極其重要的作用。

一、飛機(jī)起落架的安全及應(yīng)用

隨著當(dāng)代飛機(jī)在空地之間的轉(zhuǎn)換頻率提高，起落架的工作環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜多變，導(dǎo)致其故障率有所上升。依據(jù)美國(guó)聯(lián)邦航空局發(fā)布的咨詢通告AC20-340，在近幾年報(bào)告的1002起飛行器事故中，106起直接與起落架相關(guān)，這些事故均與起落架正常收放機(jī)制的可靠性有關(guān)。為確保飛機(jī)安全著陸，美國(guó)聯(lián)邦航空局制定的FAR25.729條款明確指出，針對(duì)所有運(yùn)輸用途的飛機(jī)，在起落架收放系統(tǒng)出現(xiàn)任何可能失效或單個(gè)液壓源、電源及等效能源失效的情況下，飛機(jī)必須裝備至少一種應(yīng)急釋放起落架的備用方案。我國(guó)民用航空局頒布的第25部分運(yùn)輸類飛機(jī)適航規(guī)定中，同樣包含起落架在緊急情況下的操作要求。

在這一背景下，起落架部分通常設(shè)有常規(guī)收放與應(yīng)急釋放兩套系統(tǒng)。一旦常規(guī)收放系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應(yīng)急釋放系統(tǒng)必須確保起落架能夠穩(wěn)妥地展開(kāi)到位。全電式應(yīng)急放系統(tǒng)相較常規(guī)機(jī)械式應(yīng)急釋放系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)：其整體重量明顯下降，體積縮小，安裝布局更為便捷；電動(dòng)操控系統(tǒng)使得部件監(jiān)控更加方便，有利于故障檢測(cè)和維護(hù)工作。鑒于此，全電式應(yīng)急放技術(shù)展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，已成為航空領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。

二、全電應(yīng)急放技術(shù)原理及分類

飛機(jī)的應(yīng)急釋放系統(tǒng)運(yùn)作機(jī)制是通過(guò)特定手段激活起落架及其艙門的上鎖機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)解鎖。解鎖后，起落架和艙門會(huì)在重力和氣動(dòng)力作用下自動(dòng)展開(kāi)，并在到位后牢固鎖定。全電式應(yīng)急開(kāi)鎖系統(tǒng)的實(shí)施需對(duì)現(xiàn)有鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行較大改動(dòng)，因此，設(shè)計(jì)與電驅(qū)動(dòng)裝置相配合的新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是該技術(shù)的研究重點(diǎn)之一。鑒于不同機(jī)型在空間限制、傳動(dòng)力矩方面的要求存在差異，全電式應(yīng)急放傳動(dòng)結(jié)構(gòu)也有所不同，常見(jiàn)結(jié)構(gòu)類型有電作動(dòng)筒式和凸輪傳動(dòng)式。

2.1 電作動(dòng)筒式應(yīng)急放技術(shù)

電作動(dòng)筒式應(yīng)急放采用電作動(dòng)筒為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。電作動(dòng)筒主要包括電機(jī)、減速器、內(nèi)置鎖、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等核心部件。電作動(dòng)筒所采用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多為滾珠絲杠式，這種方案具有效率高、精度高、壽命長(zhǎng)、空間小等優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)急放下的電作動(dòng)筒運(yùn)作流程如下：當(dāng)飛機(jī)控制系統(tǒng)下達(dá)指令，首先激活電動(dòng)機(jī)，隨即解開(kāi)內(nèi)部鎖定裝置。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減速箱旋轉(zhuǎn)，從而增大輸出扭矩同時(shí)減少轉(zhuǎn)速。通過(guò)滾珠絲杠，將旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)化為直線動(dòng)作，推動(dòng)推桿伸展，促使鎖定裝置開(kāi)鎖。當(dāng)推桿抵達(dá)預(yù)定的位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)隨即減速并反向旋轉(zhuǎn)，引導(dǎo)滾珠絲杠恢復(fù)原位，從而重新鎖定內(nèi)置的鎖定機(jī)構(gòu)。這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了從電能到機(jī)械能的精確轉(zhuǎn)換，確保解鎖動(dòng)作的可靠執(zhí)行。

從系統(tǒng)集成角度看，電作動(dòng)筒式應(yīng)急放方案具有較好的模塊化特性。其結(jié)構(gòu)緊湊，可獨(dú)立安裝于鎖機(jī)構(gòu)附近，減少了液壓管路布置帶來(lái)的空間占用和重量負(fù)擔(dān)。在可靠性方面，由于取消了液壓介質(zhì)的依賴，避免了因液壓油泄漏、氣穴現(xiàn)象等導(dǎo)致的系統(tǒng)失效風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 凸輪傳動(dòng)式應(yīng)急放技術(shù)

凸輪傳動(dòng)式應(yīng)急放采用電機(jī)為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)。凸輪與從動(dòng)件接觸，從動(dòng)件跟隨凸輪軌跡移動(dòng)，從而推動(dòng)鎖機(jī)構(gòu)解鎖。凸輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可設(shè)計(jì)凸輪軌跡實(shí)現(xiàn)精確控制，但從動(dòng)件與凸輪接觸應(yīng)力較大，容易磨損。

凸輪傳動(dòng)式應(yīng)急放的典型案例有A380和C919。A380起落架收放系統(tǒng)的鎖機(jī)構(gòu)采用電驅(qū)動(dòng)裝置解鎖，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為凸輪式，每個(gè)鎖設(shè)置一個(gè)作動(dòng)器。空客A380的各個(gè)作動(dòng)器在緊急情況下按照應(yīng)急放控制模塊的指令依次運(yùn)作，各電路均有獨(dú)立的FFCM負(fù)責(zé)監(jiān)管。一旦飛行員激活緊急啟動(dòng)裝置，系統(tǒng)會(huì)立刻截?cái)喔鏖y門，停止液壓系統(tǒng)供油，以避免產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象和液壓鎖定。隨后，電動(dòng)應(yīng)急作動(dòng)器促使凸輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)解鎖，解開(kāi)起落艙門及起落架的鎖定裝置，使起落架在重力作用下展開(kāi)。

C919的起落架緊急解鎖機(jī)制同樣引入了凸輪傳動(dòng)技術(shù)，通過(guò)一套電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成。這一系統(tǒng)的核心由電機(jī)、蝸桿及凸輪盤(pán)三部分構(gòu)成。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)并開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)與之相連的蝸桿將動(dòng)力傳遞給凸輪盤(pán)，進(jìn)而使與凸輪盤(pán)接觸的驅(qū)動(dòng)曲柄球形承動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)，這樣尾部滾珠能夠與阻礙裝置分離，完成解鎖動(dòng)作。

2.3 兩種技術(shù)方案的對(duì)比分析

電作動(dòng)筒式與凸輪傳動(dòng)式兩種方案各有優(yōu)劣，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)具體機(jī)型的需求進(jìn)行選擇。從結(jié)構(gòu)復(fù)雜度來(lái)看，凸輪傳動(dòng)式結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，零部件數(shù)量較少，有利于降低制造成本和故障率。但從運(yùn)動(dòng)控制精度角度，電作動(dòng)筒式采用滾珠絲杠傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)更高的直線運(yùn)動(dòng)精度，有利于精確控制解鎖行程。

在耐久性方面，凸輪傳動(dòng)式存在接觸應(yīng)力較大的問(wèn)題，長(zhǎng)期使用后容易出現(xiàn)磨損，影響解鎖可靠性。而電作動(dòng)筒式的滾珠絲杠副在潤(rùn)滑良好的條件下可保持較長(zhǎng)的使用壽命。從系統(tǒng)集成角度考慮，電作動(dòng)筒式模塊化程度更高，便于在不同機(jī)型間進(jìn)行移植和適配。

三、全電應(yīng)急放系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

3.1 飛行器電作動(dòng)技術(shù)研究現(xiàn)狀

全電飛機(jī)概念形成于20世紀(jì)60年代，是指二次能源采用電能的飛機(jī)，采用功率電傳代替液壓或機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，采用電作動(dòng)裝置取代液壓作動(dòng)器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、維修性好及生存能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。全電飛機(jī)是當(dāng)今飛行器發(fā)展的一大趨勢(shì)，各國(guó)在電作動(dòng)技術(shù)上已有諸多成果。

20世紀(jì)70年代，美國(guó)空軍、海軍和NASA聯(lián)合開(kāi)展了電作動(dòng)器設(shè)計(jì)研究計(jì)劃。90年代，美國(guó)國(guó)防部和NASA立項(xiàng)發(fā)展全電飛機(jī)，經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，全電飛機(jī)經(jīng)歷了第一代、第二代多電飛機(jī)和第三代全電飛機(jī)的研究、發(fā)展和驗(yàn)證。美國(guó)在多款飛行器上采用了電作動(dòng)技術(shù)，梅西埃-布加迪公司為B787設(shè)計(jì)了一款全電剎車裝置，實(shí)測(cè)剎車效率可達(dá)97%~98%，且每個(gè)機(jī)輪剎車裝置含有四個(gè)電剎車作動(dòng)器，一個(gè)電剎車作動(dòng)器故障不影響飛機(jī)任務(wù)；NASA在試驗(yàn)機(jī)X-38上安裝了機(jī)電作動(dòng)筒，用于驅(qū)動(dòng)襟翼偏轉(zhuǎn)。

在電作動(dòng)系統(tǒng)的核心部件研究方面，國(guó)際學(xué)術(shù)界開(kāi)展了大量工作。針對(duì)機(jī)電作動(dòng)器中無(wú)刷直流電機(jī)的建模與控制，研究者建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并分析了其力矩特性。Zhen.H等建立了機(jī)電作動(dòng)器的電、機(jī)、熱三域仿真模型，利用統(tǒng)一求解器實(shí)現(xiàn)了高效率的解算。Trentin.A等針對(duì)飛行器機(jī)電作動(dòng)器建立仿真模型，對(duì)機(jī)電作動(dòng)器能量回收發(fā)電進(jìn)行仿真，指出該方案應(yīng)用于機(jī)電作動(dòng)器制動(dòng)的可行性。在控制策略方面，近年來(lái)預(yù)測(cè)控制理論被引入電作動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)建立離散時(shí)間EMA模型，建立預(yù)測(cè)電流與作動(dòng)器動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系，采用成本函數(shù)最小化算法確定最優(yōu)開(kāi)關(guān)序列，從而生成電機(jī)運(yùn)行所需的電壓矢量，顯著提升了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

我國(guó)在飛行器電作動(dòng)領(lǐng)域起步較晚，對(duì)電作動(dòng)技術(shù)的研究與應(yīng)用落后于歐美。面對(duì)這一差距，國(guó)內(nèi)各高校、航空研究所對(duì)電作動(dòng)這一新興領(lǐng)域展開(kāi)了探索。20世紀(jì)90年代，曹云峰等為某型無(wú)人駕駛直升機(jī)研制了一款基于電作動(dòng)筒的新型電動(dòng)舵機(jī)，測(cè)試表明該舵機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。周元均等研制了一種復(fù)合式裕度機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)，具有“單故障工作、雙故障安全”的容錯(cuò)能力，并對(duì)其性能進(jìn)行了仿真分析。李麟等針對(duì)小型飛機(jī)起落架，研制了一套雙余度起落架電收放系統(tǒng)及其控制策略，可實(shí)現(xiàn)起落架的收放、鎖定、解鎖和應(yīng)急放。南京航空航天大學(xué)針對(duì)某飛機(jī)主起落架上位鎖機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一套電控應(yīng)急開(kāi)鎖作動(dòng)器，運(yùn)用CATIA建模平臺(tái)建立了數(shù)字樣機(jī)，并基于其工作原理設(shè)計(jì)了一套多余度電控系統(tǒng)，通過(guò)聯(lián)合仿真研究了電作動(dòng)不同制動(dòng)方式對(duì)應(yīng)急開(kāi)鎖性能的影響。

3.2 虛擬仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真研究所采用的研究工具和方法隨數(shù)學(xué)工具和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展在不斷進(jìn)步。現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)廣泛應(yīng)用了CAD/CAE技術(shù)與LMS Virtual.Lab Motion、ADAMS、Nastran等機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真模擬軟件，以及LMS Virtual.Lab AMESim等液壓仿真軟件，可完成對(duì)上位鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真和起落架應(yīng)急放性能的分析，大大提高了前期設(shè)計(jì)和迭代優(yōu)化的效率。

起落架系統(tǒng)虛擬仿真技術(shù)研究方面，國(guó)外很早就在起落架領(lǐng)域引入了虛擬仿真技術(shù)。早在1997年，Kruger.W等在論文中結(jié)合起落架落震、地面滑跑和擺振等三種工況介紹了三種虛擬仿真軟件。Terze.Z等針對(duì)大型運(yùn)輸機(jī)著陸滑跑工況，建立了包含緩沖器非連續(xù)動(dòng)力學(xué)、輪胎接觸動(dòng)力學(xué)和前起落架支柱彈性動(dòng)力學(xué)的起落架模型，仿真研究了不同下降速度和側(cè)風(fēng)速度下的著陸情況。魏小輝等在LMS Virtual.Lab Motion和AMESim軟件平臺(tái)建立了起落架動(dòng)力學(xué)模型和液壓系統(tǒng)模型，就某客機(jī)前起落架應(yīng)急放失效問(wèn)題進(jìn)行聯(lián)合仿真，分析了液壓阻尼特性對(duì)應(yīng)急放性能的影響。

電作動(dòng)裝置虛擬仿真技術(shù)研究方面，作為全電式應(yīng)急放的直接動(dòng)力源，電作動(dòng)裝置的性能較大程度上決定了全電式應(yīng)急放系統(tǒng)的性能。針對(duì)電作動(dòng)裝置的仿真分析已有較多成果。喬冠等在AMESim平臺(tái)建立了基于行星滾珠絲杠的機(jī)電作動(dòng)器仿真模型，仿真分析了結(jié)構(gòu)剛度、摩擦、間隙等因素對(duì)舵回路系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。盧曉慧等針對(duì)基于永磁容錯(cuò)電機(jī)的機(jī)電作動(dòng)器存在的飽和凸極效應(yīng)，依托Matlab/Simulink平臺(tái)建立了非線性數(shù)學(xué)模型，研究結(jié)果有利于提高直驅(qū)型機(jī)電作動(dòng)器的可靠性。

在聯(lián)合仿真技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了大量工作。針對(duì)全電應(yīng)急放系統(tǒng)，研究者基于LMS Imagine.Lab AMESim及LMS Virtual.Lab Motion的聯(lián)合仿真分析平臺(tái)，建立了應(yīng)急放機(jī)械動(dòng)力和電作動(dòng)控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模型，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電液多學(xué)科耦合系統(tǒng)的協(xié)同仿真分析。這種聯(lián)合仿真方法能夠更準(zhǔn)確地模擬實(shí)際工況下的系統(tǒng)行為，為電作動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了有效手段。

在故障模擬與安全性分析方面，針對(duì)起落架全電應(yīng)急開(kāi)鎖系統(tǒng)，研究者開(kāi)展了故障模式及影響分析，并通過(guò)建立起落架應(yīng)急開(kāi)鎖系統(tǒng)故障樹(shù)模型，計(jì)算出頂事件失效概率以驗(yàn)證應(yīng)急開(kāi)鎖系統(tǒng)的安全性要求。這些研究方法為全電應(yīng)急放系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)提供了理論支撐。

四、全電式應(yīng)急放系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)分析

4.1 BIT技術(shù)在全電應(yīng)急放系統(tǒng)中的應(yīng)用

BIT技術(shù)，即機(jī)內(nèi)測(cè)試技術(shù)，是指系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)置的傳感器和電路，完成對(duì)系統(tǒng)自身運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障診斷和隔離。BIT在設(shè)備運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)性能參數(shù)退化或故障并向上位機(jī)發(fā)送告警信號(hào)，從而在一定程度上采取預(yù)防措施，避免出現(xiàn)重大事故。在全電式起落架應(yīng)急放這一對(duì)可靠性要求極高的領(lǐng)域，BIT技術(shù)將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

BIT系統(tǒng)依靠自檢測(cè)電路和自檢測(cè)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)。其中，采樣模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各參數(shù)和信號(hào)的準(zhǔn)確采集，并實(shí)時(shí)反饋到控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)完成對(duì)信號(hào)的處理后，提取整合關(guān)鍵數(shù)據(jù)特征，分析系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，配合先進(jìn)故障診斷算法完成故障識(shí)別與定位；對(duì)已識(shí)別出的故障進(jìn)行判斷，評(píng)估故障的發(fā)展趨勢(shì)和影響范圍，執(zhí)行故障隔離預(yù)定流程，如降級(jí)運(yùn)行、啟用余度系統(tǒng)等，同時(shí)控制系統(tǒng)將決斷飛行器是否能完成當(dāng)前關(guān)鍵任務(wù)，并通過(guò)通信模塊向上位機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

在電作動(dòng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)方面，霍爾電流傳感器可用于檢測(cè)三相電機(jī)的相電流，當(dāng)檢測(cè)到電流傳感器故障時(shí)，需要及時(shí)將反饋信息報(bào)告給飛行控制系統(tǒng)。相關(guān)研究已針對(duì)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障后的電流重構(gòu)方法進(jìn)行了探索，提出了負(fù)載側(cè)電流的故障控制方法，并在逆變器上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證。對(duì)于內(nèi)置式永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中編碼器和電流傳感器故障，研究者也提出了相應(yīng)的控制策略。控制器的首要目標(biāo)是使受控系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地跟隨指令。

然而，國(guó)內(nèi)對(duì)BIT技術(shù)的研究起步較晚，且主要應(yīng)用于雷達(dá)和控制器，以及對(duì)機(jī)電系統(tǒng)降虛警理論的研究，在起落架與全電式應(yīng)急放領(lǐng)域還沒(méi)有成熟的應(yīng)用案例。在航空服役環(huán)境下，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行工況復(fù)雜，故障早期的信號(hào)特征微弱，容易被機(jī)體振動(dòng)、顛簸沖擊導(dǎo)致的噪聲淹沒(méi)。加之電機(jī)自身性能差異及負(fù)載擾動(dòng)變化，導(dǎo)致健康狀態(tài)預(yù)估模型與監(jiān)測(cè)因子難以匹配。因此，航空服役環(huán)境下的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警機(jī)制，是BIT技術(shù)在全電應(yīng)急放系統(tǒng)應(yīng)用中的一大難點(diǎn)，該方面仍有許多關(guān)鍵技術(shù)有待突破。

4.2 解鎖裝置輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)

結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)是指在滿足結(jié)構(gòu)性能需求的前提下，通過(guò)對(duì)材料、結(jié)構(gòu)和制造工藝等方面的優(yōu)化，減少結(jié)構(gòu)重量的技術(shù)。當(dāng)前，飛機(jī)輕量化設(shè)計(jì)的實(shí)施手段主要涵蓋了三個(gè)層面：采用輕質(zhì)合金材料、進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)用尖端制造技術(shù)。其中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)更能顯現(xiàn)其在飛機(jī)輕量化設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)階段，眾多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)航空器部件的減重設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的理論探討與實(shí)證分析，重點(diǎn)是通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化手段來(lái)實(shí)現(xiàn)部件減重目標(biāo)。該優(yōu)化手段大致可以劃分為三個(gè)主要類別：尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化。尺寸優(yōu)化研究集中于對(duì)結(jié)構(gòu)元件的尺寸參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，目的是在保持結(jié)構(gòu)形狀和材料不變的前提下，通過(guò)調(diào)整尺寸來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)；形狀優(yōu)化則允許對(duì)結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行調(diào)整，以獲得更好的載荷分布和性能；拓?fù)鋬?yōu)化是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中最前沿的方法之一，它主要關(guān)注材料在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分布，通過(guò)在給定的空間內(nèi)添加或移除材料來(lái)找到最優(yōu)的載荷路徑，可以揭示出最有效的結(jié)構(gòu)布局。拓?fù)鋬?yōu)化需要較多的計(jì)算資源，但它為創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了巨大的潛力，是目前主流的輕量化技術(shù)之一。

實(shí)現(xiàn)解鎖裝置輕量化設(shè)計(jì)的另一大要素是電機(jī)輕量化技術(shù)。電機(jī)輕量化的優(yōu)化目標(biāo)即提高電機(jī)的功率密度。針對(duì)航空領(lǐng)域廣泛使用的永磁電機(jī)，提高功率密度的技術(shù)途徑可總結(jié)為以下幾個(gè)方向：高磁負(fù)荷、高電負(fù)荷及高轉(zhuǎn)速。其中磁負(fù)荷主要由永磁材料和形狀以及磁場(chǎng)諧波決定，目前一大研究熱點(diǎn)為優(yōu)化磁場(chǎng)諧波構(gòu)成以提升功率密度；電負(fù)荷提升主要依賴于電機(jī)繞組的導(dǎo)電性能提高；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高也有助于提高功率密度，但應(yīng)急放場(chǎng)景下電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出更為重要，高轉(zhuǎn)速需配合傳動(dòng)比更高的減速器進(jìn)行補(bǔ)償，反而可能導(dǎo)致整體增重。

在具體應(yīng)用中，全電應(yīng)急放系統(tǒng)的輕量化設(shè)計(jì)需要綜合考慮多方面因素。一方面，電作動(dòng)器本身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，包括殼體材料的選用、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的形式選擇等；另一方面，鎖機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化等方法減少不必要的材料，同時(shí)確保足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。此外，系統(tǒng)集成層面的輕量化也是重要方向，如采用多電一體化設(shè)計(jì)理念，減少線纜和連接器的數(shù)量和重量。

五、未來(lái)展望

全電式應(yīng)急釋放解決方案正逐漸成為技術(shù)演進(jìn)的主要趨勢(shì)。然而在國(guó)內(nèi)，全電式應(yīng)急釋放技術(shù)的研究尚處于起步階段，存在多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題亟待解決。從湖南泰德航空的技術(shù)視角來(lái)看，未來(lái)該領(lǐng)域的發(fā)展可聚焦于以下幾個(gè)方向：

第一，高可靠性電作動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)。針對(duì)航空應(yīng)用對(duì)可靠性的嚴(yán)苛要求，需要在電機(jī)本體設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)控制、故障容錯(cuò)等方面開(kāi)展深入研究。特別是在冗余設(shè)計(jì)方面，通過(guò)雙繞組電機(jī)、多通道控制等方案，確保單點(diǎn)故障不影響系統(tǒng)基本功能。

第二，智能化BIT技術(shù)的深度集成。結(jié)合先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)和人工智能算法，提高微弱故障特征的提取能力，降低虛警率。同時(shí)，建立適應(yīng)航空服役環(huán)境的健康狀態(tài)評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)從故障檢測(cè)到故障預(yù)測(cè)的跨越。

第三，多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的工程應(yīng)用。將結(jié)構(gòu)優(yōu)化、熱分析、電磁仿真等多學(xué)科設(shè)計(jì)方法有機(jī)結(jié)合，在滿足性能要求的前提下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)輕量化。特別是拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在解鎖裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有望在保證強(qiáng)度剛度的同時(shí)大幅減重。

第四，標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)與工程驗(yàn)證。隨著全電應(yīng)急放技術(shù)逐步走向工程應(yīng)用，需要建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范、試驗(yàn)方法和適航符合性驗(yàn)證體系。通過(guò)充分的臺(tái)架試驗(yàn)和飛行驗(yàn)證，積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升技術(shù)成熟度。

起落架全電應(yīng)急放技術(shù)作為多電飛機(jī)發(fā)展的重要組成部分，正逐步從概念研究走向工程應(yīng)用。本文系統(tǒng)梳理了該技術(shù)的背景需求、技術(shù)原理、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。電作動(dòng)筒式和凸輪傳動(dòng)式兩種技術(shù)方案各具特色，可根據(jù)具體機(jī)型需求進(jìn)行選擇。在電作動(dòng)技術(shù)與虛擬仿真技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外已取得豐碩成果，但仍存在差距。BIT技術(shù)與輕量化設(shè)計(jì)是未來(lái)發(fā)展的重要方向，需要持續(xù)攻關(guān)。

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湖南泰德航空技術(shù)有限公司于2012年成立，多年來(lái)持續(xù)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，成長(zhǎng)為行業(yè)內(nèi)有影響力的高新技術(shù)企業(yè)。公司聚焦高品質(zhì)航空航天流體控制元件及系統(tǒng)研發(fā)，深度布局航空航天、船舶兵器、低空經(jīng)濟(jì)等高科技領(lǐng)域，在航空航天燃/滑油泵、閥元件、流體控制系統(tǒng)及航空測(cè)試設(shè)備的研發(fā)上投入大量精力持續(xù)研發(fā)，為提升公司整體競(jìng)爭(zhēng)力提供堅(jiān)實(shí)支撐。

公司總部位于長(zhǎng)沙市雨花區(qū)同升街道匯金路877號(hào)，株洲市天元區(qū)動(dòng)力谷作為現(xiàn)代化生產(chǎn)基地，構(gòu)建起集研發(fā)、生產(chǎn)、檢測(cè)、測(cè)試于一體的全鏈條產(chǎn)業(yè)體系。經(jīng)過(guò)十余年穩(wěn)步發(fā)展，成功實(shí)現(xiàn)從貿(mào)易和航空非標(biāo)測(cè)試設(shè)備研制邁向航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、無(wú)人機(jī)、靶機(jī)、eVTOL等飛行器燃油、潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)新研發(fā)轉(zhuǎn)型，不斷提升技術(shù)實(shí)力。

公司已通過(guò) GB/T 19001-2016/ISO 9001:2015質(zhì)量管理體系認(rèn)證，以嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)保障產(chǎn)品質(zhì)量。公司注重知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)和利用，積極申請(qǐng)發(fā)明專利、實(shí)用新型專利和軟著，目前累計(jì)獲得的知識(shí)產(chǎn)權(quán)已經(jīng)有10多項(xiàng)。湖南泰德航空以客戶需求為導(dǎo)向，積極拓展核心業(yè)務(wù)，與國(guó)內(nèi)頂尖科研單位達(dá)成深度戰(zhàn)略合作，整合優(yōu)勢(shì)資源，攻克多項(xiàng)技術(shù)難題，為進(jìn)一步的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

湖南泰德航空始終堅(jiān)持創(chuàng)新，建立健全供應(yīng)鏈和銷售服務(wù)體系、堅(jiān)持質(zhì)量管理的目標(biāo)，不斷提高自身核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為客戶提供更經(jīng)濟(jì)、更高效的飛行器動(dòng)力、潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)等解決方案。