近年來，飛翼布局無人機在全球范圍內呈現快速發展態勢。從土耳其安卡-3的成功首飛，到印度自主飛翼技術演示機的全狀態飛行試驗，再到俄羅斯“獵人-B”無人機投入實戰應用，飛翼布局已成為越來越多航空大國競相發展的重點方向。這一發展趨勢并非偶然——飛翼布局通過將機身與機翼深度融合，形成了獨特的翼身融合體結構，使其在氣動效率、結構重量與隱身性能等方面展現出顯著優勢。

一、飛翼布局無人機的發展趨勢

飛翼布局的核心優勢主要體現在三個方面：其一，氣動效率高。由于機身與機翼平滑過渡，取消了傳統布局中機身與尾翼之間的干擾阻力，同時浸潤面積減小降低了摩擦阻力，翼身融合體本身也能產生較大升力，使得整機升阻比顯著提升。其二，結構重量輕。飛翼布局通過功能融合簡化了結構形式，取消了垂尾、腹鰭等安定面，使整機結構重量大幅降低，同時機身承重沿機翼伸展方向分布，與氣動載荷基本一致，獲得剛度設計上的先天優勢。其三，隱身性能好。無尾飛翼布局的正向及側向投影面積小，全向雷達散射截面積大幅降低，加之發動機進氣道和尾噴口可采用隱身設計，使其具備出色的雷達隱身能力。

然而，飛翼布局的優勢背后同樣伴隨著顯著的技術挑戰。由于取消了垂尾、腹鰭等安定面，飛翼布局無人機的橫航向穩定性明顯弱于常規布局飛機。這一特點在空中飛行階段已對飛控系統提出了較高要求，在地面滑跑階段則表現得更為突出——缺少垂尾意味著缺少了重要的航向安定面，當受到不對稱剎車力矩、側風或跑道不平整等擾動因素影響時，無人機難以像常規布局飛機那樣依靠垂尾恢復航向，極易發生偏離跑道的危險。

更為棘手的是，飛翼布局無人機的高氣動效率在著陸階段反而成為不利因素。由于機翼升力顯著，無人機接地時仍保持較高的升力狀態，主機輪所受的地面支反力相對有限。在此條件下，若剎車力矩過大，機輪與地面之間的結合力矩無法與之平衡，便會出現機輪打滑甚至拖胎現象。尤其在起始剎車階段，由于剎車壓力從零開始建立，若建壓速率過快，打滑風險更為突出。

此外，飛翼布局無人機的剎車系統還面臨一個特殊矛盾：差動剎車是飛翼布局無人機地面方向控制的重要手段，當垂尾缺失導致航向穩定性不足時，差動剎車的糾偏功能顯得尤為重要；然而，傳統的防滑剎車系統在單側啟動防滑時，僅降低該側剎車壓力，而另一側仍按原壓力執行，這種不對稱剎車恰恰會對橫航向穩定本就偏弱的飛翼布局無人機產生額外擾動。因此，如何設計一套既能高效制動、又能與差動剎車協調配合、同時不加劇橫航向擾動的防滑剎車系統，成為飛翼布局無人機研制的關鍵技術問題。

二、電液伺服防滑剎車系統方案

2.1 系統組成與工作原理

電液伺服防滑剎車系統主要由機電管理計算機、剎車控制閥組件、剎車壓力傳感器、機輪剎車裝置和輪速傳感器等核心部件組成，形成一個完整的閉環控制系統。

機電管理計算機作為系統的控制核心，承擔著信號采集、邏輯運算與控制指令輸出的關鍵職能。它實時采集來自剎車壓力傳感器的壓力信號和輪速傳感器的速度信號，通過內置的防滑控制算法進行計算，向剎車控制閥組件輸出相應的驅動電流。此外，機電管理計算機還集成了周期自檢和維護自檢功能，能夠定期對系統各部件的工作狀態進行診斷，及時發現潛在故障，為維修保障和應急處置提供依據。

剎車控制閥組件由剎車電磁閥和剎車伺服閥串聯組成，是執行剎車壓力調節的關鍵執行機構。剎車電磁閥布置在剎車伺服閥前端，用于切斷或接通液壓油液，起到安全隔離的作用。當系統處于非剎車狀態或檢測到異常時，電磁閥可快速切斷液壓供應，防止誤剎車。剎車伺服閥采用射流管閥結構，負責將輸入的液壓壓力精確調節至指令要求的目標壓力值。射流管閥具有抗污染能力強、響應速度快、壓力控制精度高等優點，適合在無人機剎車系統這類對可靠性和動態響應要求較高的場合應用。

值得注意的是，剎車電磁閥和剎車伺服閥均采用雙余度設計，并設置了余度供壓口。這意味著單側剎車電磁閥在雙余度均發生故障的情況下，仍可通過另一側的余度供壓口獲得液壓供應。這種冗余設計顯著提高了系統的任務可靠性和安全性，尤其適用于飛翼布局無人機這類對剎車系統可靠性要求極高的平臺。

機輪剎車裝置是剎車力矩的直接執行部件，其內部設置有動盤與靜盤。當剎車控制閥組件輸出的剎車壓力進入剎車腔后，推動活塞壓緊動、靜盤，產生摩擦制動力矩，使飛機減速制動。為避免在未施加剎車壓力時動、靜盤意外接觸產生異常阻力矩，機輪剎車裝置內部設置了回位彈簧，確保無壓力狀態下剎車盤處于分離狀態。

輪速傳感器用于檢測主機輪的轉動速度，為防滑控制提供基礎數據。傳感器通常采用磁電式或霍爾式原理，安裝在機輪輪軸上，能夠實時輸出與輪速成正比的電信號。剎車壓力傳感器則用于監測剎車腔內的實際壓力值，一方面為閉環控制提供反饋信號，另一方面用于判別系統工作狀態的正確性，當指令壓力與反饋壓力出現異常偏差時，系統能夠及時識別并采取相應措施。

2.2 系統核心優勢

相較于傳統防滑剎車系統，本文提出的電液伺服防滑剎車系統在以下幾個方面具有顯著優勢。

其一，高可靠性與安全性。通過雙余度閥體設計、余度供壓口配置以及完備的自檢功能，系統在發生單點故障時仍能維持基本剎車能力。機電管理計算機的周期自檢功能可及時發現隱患，維護自檢功能則為地面維護提供了便捷的故障定位手段。這種“故障-安全”的設計理念，使系統具備較高的任務可靠性和安全性。

其二，精準的壓力控制能力。采用射流管式伺服閥作為壓力調節元件，配合壓力傳感器的閉環反饋，系統能夠實現對剎車壓力的精確控制。這一特性對于飛翼布局無人機尤為重要——精確的壓力控制意味著可以精確設置預置剎車壓力和軟化曲線，避免因壓力控制偏差導致的剎車力矩突變。

其三，優良的響應特性。電液伺服系統本身具有響應快、頻響高的特點，加之機輪剎車裝置設置的回位彈簧使剎車盤在無壓力狀態下保持分離，進一步縮短了建壓響應時間。快速的響應能力意味著防滑控制系統能夠在機輪打滑初期迅速介入，將打滑程度控制在淺層范圍內，避免發展成深度打滑或拖胎。

其四，良好的系統透明度與可維護性。周期自檢和維護自檢功能為系統狀態監測提供了有效手段，維修人員可在地面通過自檢接口了解系統各部件的工作狀態，針對性地采取維修保養措施。這一特點在無人機實際使用中尤為重要——無人機往往缺乏飛行員對剎車腳感的直觀反饋，系統狀態更多依賴自檢功能進行感知和傳遞。

三、系統控制策略

3.1 預置剎車壓力的設置

飛翼布局無人機在起飛滑跑過程中，當剎車控制閥組件未輸出剎車壓力時，機輪剎車裝置的動、靜盤在回位彈簧作用下保持分離狀態。然而，從零壓力開始建壓到實際產生剎車力矩之間，存在一定的間隙消除時間和壓力建立時間。若采用常規的“零壓力起始”建壓方式，剎車響應時間較長，不利于緊急制動場景下的減速需求。

為解決這一問題，系統引入了預置剎車壓力策略。所謂預置剎車壓力，是指在無人機起飛滑跑時，機電管理計算機控制剎車控制閥組件輸出一個較小的剎車壓力，該壓力剛好能夠克服回位彈簧彈力并使剎車力矩接近零值。在此狀態下，剎車盤動、靜盤處于臨界接觸狀態，一旦需要剎車，只需在預置壓力基礎上疊加控制壓力即可快速產生剎車力矩，從而顯著縮短剎車響應時間。

需要指出的是，由于左右機輪剎車裝置的回位彈簧彈力和間隙存在差異，相同的預置壓力在左右兩側可能產生不同的剎車力矩狀態。因此，系統分別設置左、右預置剎車壓力，通過地面調試確定各自的參數值。在進行差動糾偏時，糾偏壓力在疊加預置剎車壓力后得出，使糾偏控制更為精準，提升了差動糾偏對于航向、側偏距調節的準確度和快速性。

3.2 初始剎車的軟化

飛翼布局無人機的高氣動效率使主輪在接地后一段時間內仍承受較小的地面支反力。若在此階段施加較大的剎車壓力，機輪極易因地面結合力矩不足而發生打滑甚至拖胎。為解決這一問題，系統設計了初始剎車軟化策略。

根據飛翼布局無人機的著陸特性，主輪接地2~3秒后前輪方可可靠接地。基于這一特點，機電管理計算機在主輪接地3秒后發出剎車指令，控制剎車控制閥組件輸出預置剎車壓力，開始啟動剎車過程。這一時間節點的選擇基于兩方面考量：一是避免依賴前輪載信號判定前輪接地——前輪載信號通常出現較晚，若等待該信號才開始剎車，將導致啟動時刻滯后，增加滑跑距離；二是3秒時間足以使前輪可靠接地，此時飛機姿態趨于穩定，剎車系統的介入更為安全。

啟動剎車后，剎車指令按照干跑道最佳結合系數設置，并根據地速劃分為若干個速度段的額定剎車壓力，形成分級指令。在初始剎車階段，剎車指令由預置剎車壓力經過約2秒的軟化時間逐漸上升至第一個速度段（高速段）的額定剎車壓力。這一緩慢的建壓過程使剎車力矩逐漸增加，為主輪載荷的逐步轉移留出時間，有效避免了因剎車力矩陡增導致的拖胎現象。

3.3 防滑控制策略

防滑控制是剎車系統的核心功能，其本質是防止機輪在剎車過程中因制動力超過地面所能提供的最大結合力而抱死或打滑。本文提出的防滑控制策略采用速度差加偏壓控制構型，并針對飛翼布局無人機的特點進行了創新設計。

3.3.1 速度差加偏壓控制構型

系統通過輪速傳感器實時檢測主機輪轉速，并基于輪速計算飛機參考速度。參考速度的確定是防滑控制的關鍵——它表征了飛機主體的運動速度，通過與各輪速的比較可判斷每個機輪的打滑程度。系統實時比較輪速與參考速度的差值（即準滑移速度Δv），當Δv達到預設門限時，判定該機輪發生打滑，需要降低剎車壓力以恢復機輪滾動狀態。

偏壓控制則是在打滑解除后，按照既定策略恢復剎車壓力。與傳統防滑控制采用的“快速加壓-再次打滑-再次泄壓”的開關式控制不同，偏壓控制通過有節制的壓力恢復，使剎車力矩逐步接近地面最大結合力矩，既避免了因壓力恢復過快導致防滑功能頻繁啟動，又避免了因壓力恢復過慢造成剎車效率下降。這種控制模式提高了剎車系統對跑道條件變化的適應性，無論在干跑道還是濕滑跑道上均能保持較高的剎車效率。

防滑控制器以準滑移速度Δv為輸入變量，采用帶PBM（壓力偏壓調節）的PID算法進行計算。該算法實質為多門限PID算法，其積分級輸出既可增加也可減小，使得控制量能夠根據打滑深度自適應調整。

3.3.2 針對飛翼布局的創新設計

本文防滑控制策略最為關鍵的創新點，在于針對飛翼布局無人機橫航向穩定性弱的特點進行了專門設計。

傳統防滑剎車控制策略在單側啟動防滑控制時，僅將該側剎車壓力降低，另一側繼續按照原有剎車壓力執行。這種處理方式在常規布局飛機上尚可接受——垂尾等安定面能夠提供一定的航向穩定力矩來抵抗不對稱剎車產生的偏航力矩。然而對于飛翼布局無人機而言，由于缺少垂尾，橫航向穩定性本就偏弱，這種不對稱剎車壓力分布將對飛機航向產生明顯擾動，嚴重時甚至導致偏離跑道。

針對這一問題，本文提出的防滑控制策略在單邊啟動防滑控制時，同時降低雙側剎車壓力，有效降低了防滑控制過程中左右剎車壓力分布的不一致性。這一策略的核心邏輯在于：防滑控制的目的在于解除打滑，而不是產生糾偏力矩。當一側機輪打滑時，該側需要降低壓力以恢復滾動；但另一側并不需要維持原壓力——維持原壓力既無助于打滑側的恢復，反而會加劇左右剎車的不對稱性。因此，雙側同時降低壓力，既保留了足夠的制動力，又最大程度地減少了對橫航向的擾動。

更重要的是，這一策略在降低雙側壓力的同時，完整保持了原有的差動糾偏控制量。這意味著防滑控制與差動糾偏實現了有機統一，而非相互對立。傳統防滑控制策略中，防滑功能與差動糾偏功能存在一定的沖突——防滑功能降低單側壓力可能增加或減小原有的差動糾偏控制量，甚至改變糾偏極性，削弱差動糾偏能力。而本文策略在啟動防滑時，左右兩側原有的差動糾偏控制量保持完整，防滑控制量疊加于其上，使兩種功能能夠協同工作。這一特點對于依靠差動剎車進行地面方向控制的飛翼布局無人機而言尤為重要。

3.3.3 多門限自適應調節

防滑控制器采用的多門限PID算法，使系統能夠根據打滑深度自動調節控制量增長率。當打滑較淺時，表明剎車力矩與地面結合力矩相差較小，控制器輸出緩慢增加的防滑控制量，使剎車壓力緩慢降低，以輕度減小剎車力矩解除打滑，避免過度降壓導致剎車效率損失。當打滑較深時，表明機輪已嚴重打滑，如不及時干預可能發展為拖胎甚至爆胎，控制器輸出快速增大的防滑控制量，使剎車壓力迅速降低，讓機輪快速恢復滾動狀態。

當機輪脫離打滑狀態后，輪速與參考速度的差值很小甚至為零，控制器輸出逐步下降的防滑控制量，使剎車壓力逐漸恢復，重新尋找地面最大結合系數。這種緩慢恢復的策略避免了快速升壓導致系統頻繁進入防滑狀態，提高了剎車過程的平穩性和剎車效率。

3.4 剎車安全態設置

盡管防滑控制系統在設計上力求高可靠性，但仍需考慮傳感器或執行部件故障情況下的應急保障。為此，系統設置了剎車安全態。

當機電管理計算機通過自檢功能監測到輪速傳感器等關鍵設備出現故障，導致防滑功能無法正常使用時，系統將自動切換至剎車安全態。在安全態下，各速度段額定剎車壓力降低至正常狀態的70%~80%，對應的差動糾偏壓力上限也相應調整。通過降低剎車壓力上限，可以最大限度地避免因防滑功能喪失而直接施加過大剎車壓力，防止主機輪抱死或拖胎。

值得注意的是，70%~80%的額定剎車壓力仍保留了較為可觀的制動能力，確保系統在防滑功能失效的情況下仍能提供足夠的制動力矩，避免制動距離顯著增加。這一“降級工作”模式體現了航空領域“故障-安全”的設計理念——即便在部分功能失效的情況下，系統仍能維持基本的安全性。

四、試驗驗證

4.1 慣性臺動態聯試

為驗證電液伺服防滑剎車系統的功能與性能，研究團隊在慣性臺上開展了動態聯試試驗。慣性臺試驗通過在模擬真實轉動慣量的條件下施加剎車壓力，觀測機輪的減速特性、防滑觸發情況以及剎車效率等指標。

試驗設置了不同主輪支反力工況。結果表明：當支反力為正常著陸支反力的100%時，剎車過程中未觸發防滑功能，說明在此工況下剎車力矩始終低于地面最大結合力矩，系統能夠在保證足夠制動力的同時維持機輪正常滾動；當支反力降至正常著陸支反力的75%時，系統觸發1次防滑功能，表明初始剎車階段存在短暫打滑，但防滑系統及時介入解除了打滑狀態；當支反力進一步降至正常著陸支反力的50%時，系統觸發多次防滑功能，防滑工作頻率約為0.25次/秒。

經測算，防滑剎車系統的剎車效率約為93%，與現有電液伺服防滑剎車系統相比處于較高水平。剎車效率是評價防滑系統性能的關鍵指標，它反映了系統在防止打滑的同時對制動能量的利用程度。93%的剎車效率表明系統能夠在有效防止打滑的前提下充分利用地面制動力。

對于飛翼布局無人機而言，著陸接地3秒后主輪支反力約為正常著陸支反力的60%。這一數值介于慣性臺試驗的75%和50%工況之間，意味著著陸初期剎車系統防滑工作頻率將低于50%支反力工況下的測試結果，剎車過程將更加平穩高效。

4.2 地面滑行試驗

為進一步驗證系統的實際工作性能，研究團隊開展了地面滑行試驗。試驗中，無人機僅依靠差動剎車和方向舵進行方向控制，模擬實際著陸滑跑過程中的剎車糾偏場景。

試驗過程中，某一時刻（記為t0）右機輪速度正常，但左機輪速度驟降，觸發了防滑功能。系統響應后，左右剎車壓力同時降低，但完整保持了啟動防滑功能前的左右差動糾偏量。這一現象驗證了防滑控制策略中“雙側同時降壓”與“保持差動量”的設計邏輯。

啟動防滑后，左機輪輪速快速恢復正常，左右剎車壓力隨后逐步恢復。在整個防滑過程中，方向舵給定量未出現明顯變化，僅保留了既有的差動剎車糾偏量，但無人機的航向角和側偏距均保持穩定，無明顯波動。這一結果表明，所設計的防滑控制策略在有效解除機輪打滑的同時，并未對飛機的橫航向穩定性造成額外擾動，防滑過程與差動剎車糾偏功能實現了良好協調。

地面滑行試驗充分驗證了該防滑剎車系統對飛翼布局無人機的適用性——防滑過程滿足差動剎車對地面滑跑方向控制的要求，同時有效避免了不對稱剎車對無人機橫航向的擾動。

五、總結與展望

5.1 系統特點總結

本文針對飛翼布局無人機橫航向穩定性弱、氣動效率高等特點帶來的剎車系統特殊需求，提出了一種新型電液伺服防滑剎車系統方案。通過理論分析與試驗驗證，該系統展現出以下突出特點：

其一，高可靠性與安全性。系統采用雙余度閥體設計、余度供壓口配置，并集成周期自檢與維護自檢功能，形成了完整的故障檢測與安全保障體系。剎車安全態的設置為防滑功能失效時提供了可靠的降級工作模式，體現了“故障-安全”的設計理念。

其二，高差動剎車糾偏效率和剎車制動效率。通過預置剎車壓力設置縮短了剎車響應時間，通過初始剎車軟化策略避免了起始階段的拖胎風險，通過多門限PID防滑控制實現了淺層打滑與深度打滑的自適應調節。慣性臺試驗93%的剎車效率驗證了系統的高效性。

其三，防滑過程對橫航向擾動的最小化。針對飛翼布局無人機橫航向穩定性弱的特點，防滑控制策略在單側打滑時采取雙側同時降壓的方式，同時完整保持原有的差動糾偏控制量，使防滑控制與差動糾偏實現有機統一，有效避免了不對稱剎車對無人機橫航向的擾動。

5.2 未來發展趨勢

隨著飛翼布局無人機的快速發展，其剎車系統技術也將持續演進。未來發展趨勢主要體現在以下方面：

多電化與全電化。當前的電液伺服剎車系統仍依賴于飛機液壓源，管路布置復雜、重量較大。基于電靜液作動器（EHA）的全電剎車系統將電機、泵、閥、油缸等集成于一體，本地建立液壓壓力，擺脫了對中央液壓源的依賴，具有重量輕、體積小、效率高、便于分布式布置等優勢。隨著大功率電機、高集成度驅動控制等技術的成熟，全電剎車系統有望成為下一代飛翼布局無人機的優選方案。

智能化與自適應控制。跑道條件的變化（干、濕、積雪、結冰）會導致地面結合系數發生顯著變化，傳統防滑控制策略難以適應所有工況。基于跑道環境在線辨識與自適應控制的技術方向，通過實時估計輪胎-跑道結合系數特征，動態調整防滑控制參數，使系統在不同道面上均能接近最優剎車效率。結合人工智能技術的智能防滑控制，有望進一步提升系統的環境適應性與控制品質。

系統集成化與協同控制。飛翼布局無人機的起降過程涉及收放系統、轉彎系統、剎車系統的協同工作。將多個獨立控制系統進行深度物理與功能集成，形成起降綜合控制盒，可有效降低系統重量、體積與成本。在此基礎上，通過前輪主動糾偏與主輪差動剎車的協同控制，可在側風、濕滑跑道等復雜條件下實現自動糾偏，進一步提升滑跑安全性。

故障診斷與預測性維護。隨著傳感器技術與數據分析技術的發展，剎車系統的狀態監測將從簡單的故障檢測向故障預測與壽命預測方向發展。通過分析輪速、壓力、溫度等參數的演變規律，預測關鍵部件（如剎車盤、伺服閥、密封件）的剩余壽命，實現視情維護，可進一步提高系統的使用經濟性和任務可靠性。

綜上所述，本文研究的電液伺服防滑剎車系統對飛翼布局無人機具有良好的適用性，其設計思想與控制策略可為其他類型飛機的剎車系統設計提供借鑒。隨著相關技術的持續發展，飛翼布局無人機的剎車系統必將向著更高效、更智能、更可靠的方向不斷演進。

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