CN103434649B - 无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统 - Google Patents

无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统,它是由主油泵电磁卸荷溢流阀、主油泵、主油泵电机、补油泵电磁卸荷溢流阀、补油泵、补油泵电机、插装阀、第一单向阀及其安全阀、液压马达、电液比例插装阀、第一电磁换向阀、第一调速阀、安全与截止阀块、第二单向阀、第三单向阀、蓄能器、第二调速阀、第二电磁换向阀、第四单向阀、第一比例溢流阀、比例溢流阀安全阀、缓冲制动液压缸、第三电磁换向阀、第五单向阀、第二比例溢流阀、紧急制动液压缸、油箱以及连通于各个原件之间的油管构成。本发明采用比例溢流阀控液压缸,实现滑行小车的平稳减速制动,提高了系统的可靠性;采用紧急制动单元与缓冲制动单元形成两级制动,确保滑行小车制动的高可靠;采用回程控制单元,使滑行小车回程速度可调控。

Description

无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种无人机弹射装置,特别涉及一种无人机弹射装置减速回程气液压控制系统。
背景技术
[0002] 无人机的发射方式众多,如手抛、机载投放、车载发射、弹射、火箭助推等。常用的无人机弹射方式有弹力弹射、燃气弹射、电磁弹射和气液压弹射。
[0003] 无人机发射过程中,一般采用滑行小车作为无人机的弹射载体,在弹射架上与无人机一起加速至无人机安全起飞的速度和高度。无人机与滑行小车分离起飞,滑行小车开始减速,减速完毕后开始回程,为下一阶段无人机发射做准备。
[0004] 在整个无人机弹射过程中,滑行小车的减速制动与回程控制具有重要意义,直接关系到整个系统的安全性与可靠性。
[0005] 在电磁无人机弹射系统中,一般采用缓冲吸能系统对滑行小车进行减速控制。当无人机加速到安全起飞速度时,滑行小车的动能由缓冲吸能系统吸收,同时无人机则和滑行小车分离起飞。缓冲吸能分系统可以由水涡轮、拦阻钢丝绳、刹车鼓轮、导向滑轮、缓冲橡胶垫和弹簧缓冲器等组成,其中水涡轮作为主要吸能装置,吸收滑行小车的大部分动能,缓冲时滑行小车在拦阻钢丝绳作用下,带动水涡轮的转子转动,滑行小车动能转换为水涡轮工作介质的内能。弹簧缓冲器作为辅助吸能装置,吸收滑行小车经水涡轮缓冲后未能完全被吸收的剩余动能。在弹簧缓冲器工作过程中,滑行小车的动能转化为弹簧的势能及橡胶套的势能。采用该缓冲吸能系统对滑行小车进行减速控制,具有效率高、没有反弹、无需专门控制等特点。
[0006] 在电磁无人机弹射系统中,当滑行小车减速至静止后,滑行小车在反方向行进磁场的作用下,以低速回复初始位置,为下次发射做好准备。
[0007] 但电磁弹射减速回程控制策略在中小型无人机领域经济性较差,因此仅适应于大型无人机及舰载机。
[0008] 传统无人机气液压弹射在减速过程中,一般采用简单液压刹车装置对滑行小车实施减速,该刹车装置是一个充满了油液的密封容器,容器中有一系列的旋转叶片,当滑行小车被一个钩子抓住的时候,它拉出一段缆绳,在缆绳拉出的时候叶片快速转动,叶片在油液中引起紊流,把滑车的动能转换为油液中的热能。这种刹车装置在速度越大的情况下效率越高,因为紊流的效果随速度急剧增加。但是在低速情况下则由于在油液中没有足够的紊流,从而不能产生足够的刹车力,所以效率较低。
[0009] 传统无人机气液压弹射在回程阶段,一般依靠滑行小车重力回程,回程过程简单,经济性好,适应性强。
[0010] 但传统无人机气液压弹射的减速回程控制依然存在不足之处,首先是滑行小车在制动过程中承受的冲击过于剧烈且可靠性低;其次,滑行小车回程可靠性不够,速度难以控制。
发明内容
[0011] 针对上述现有技术中存在的缺陷,本发明的目的是提供一种无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统,该系统具备传统无人机气液压弹射减速回程控制装置经济性好、适应性好等优点,同时避免了其制动过程冲击大、滑行小车回程可靠性低等缺点。
[0012] 本发明的目的是这样实现的:一种无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统,它是由主油泵电磁卸荷溢流阀、主油泵、主油泵电机、补油泵电磁卸荷溢流阀、补油泵、补油泵电机、插装阀、第一单向阀及其安全阀、液压马达、电液比例插装阀、第一电磁换向阀、第一调速阀、安全与截止阀块、第二单向阀、第三单向阀、蓄能器、第二调速阀、第二电磁换向阀、第四单向阀、第一比例溢流阀、比例溢流阀安全阀、缓冲制动液压缸、第三电磁换向阀、第五单向阀、第二比例溢流阀、紧急制动液压缸、油箱以及连通于各个原件之间的油管构成;主油泵电机驱动主油泵,主油泵吸油口与油箱连接,主油泵压油口通过第二单向阀和安全与截止阀块连接蓄能器,主油泵电磁卸荷溢流阀跨接在主油泵的压油口和油箱之间;蓄能器一路通过电液比例插装阀连接液压马达正向进油口,另一路通过第一电磁换向阀连接液压马达反向进油口,液压马达正向回油口通过插装阀与油箱连接,同时经第一电磁换向阀和第一调速阀与油箱相连;蓄能器经安全与截止阀块同时与第三单向阀连接,并顺序连接第二调速阀;第二调速阀出油口分为两路,一路连接第二电磁换向阀,第二电磁换向阀的进出油口分别连接缓冲制动液压缸有杆腔与无杆腔,第二电磁换向阀的回油口连接油箱,第一比例溢流阀和比例溢流阀安全阀均跨接在缓冲制动液压缸有杆腔与无杆腔之间,第四单向阀连接到缓冲制动液压缸与油箱之间,另一路连接第三电磁换向阀,第三电磁换向阀的进出油口分别连接紧急制动液压缸有杆腔与无杆腔,第三电磁换向阀的回油口连接油箱,同时紧急制动液压缸无杆腔通过第二比例溢流阀与油箱相连,第五单向阀连接到紧急制动液压缸与油箱之间;补油泵电机驱动补油泵,补油泵吸油口与油箱连接,补油泵压油口通过第一单向阀与液压马达连接,补油泵电磁卸荷溢流阀跨接在补油泵的压油口和油箱之间。
[0013] 按系统的功能作用,本发明的无人机弹射装置减速与回程控制气液压系统可划分为:气液压弹射单元、缓冲制动单元、紧急制动单元和回程控制单元;
[0014] 所述的气液压弹射单元,系通过液压马达驱动卷筒加速滑行小车,滑行小车承载无人机,实现无人机的加速弹射。其具体实现过程如下:主油泵在主油泵电机驱动下开始工作,高压油通过第二单向阀进入到蓄能器,主油泵电磁卸荷溢流阀自动卸荷,同时主油泵电机断电,主油泵停止工作。同时,蓄能器的油液经过电液比例插装阀作用在液压马达上,使液压马达所固连的卷筒将绳索预紧,滑行小车与绳索首先处在准备加速状态。接着,无人机开始加速。此时,插装阀打开,加速液压马达内部的油液经过插装阀快速地回到油箱,而在液压马达快速旋转过程中,补油泵电机驱动补油泵经单向阀向液压马达低压腔补油;
[0015] 所述的缓冲制动单元,系通过比例溢流阀控制缓冲制动液压缸,来实现滑行小车的平稳减速,并设置一个安全阀作为冗余设计,防止比例溢流阀失效。其具体实现过程如下:在绳索预紧阶段,第二电磁换向阀的电磁铁3DT得电,油液经过第三单向阀、调速阀向缓冲制动液压缸的有杆腔供油,使缓冲制动液压缸的缸杆收回,做好滑行小车减速准备。当滑行小车运动到缓冲块位置时,缓冲制动液压缸的活塞杆被拉出,有杆腔的液压油通过第一比例溢流阀对小车减速的加速度进行控制,同时对无杆腔进行补油,此外,缓冲制动液压缸的无杆腔通过第四单向阀从油箱吸油,实现小车的平稳减速,比例溢流阀安全阀作为冗余设计,防止第一比例溢流阀失效;
[0016] 所述的紧急制动单元是为防止滑行小车冲出轨道而设置的应急装置,以确保在缓冲制动单元失效时,能使滑行小车安全制动。其具体实现过程如下:当发生意外状况时,滑行小车通过缓冲制动液压缸的减速没有减到预定速度时,紧急制动液压缸对滑行小车实施紧急制动。首先,第三电磁换向阀的电磁铁7DT得电,使紧急制动液压缸缸杆伸出,做好滑行小车应急停车准备。当滑行小车与紧急制动液压缸缸杆处挡板接触后,无杆腔的液压油通过第二比例溢流阀对小车减速的加速度进行控制,同时,通过第五单向阀从油箱吸油对有杆腔进行补油;
[0017] 所述的回程控制单元,系通过换向阀控制马达回程控制回路,克服液压马达的回程阻力,实现滑行小车的可靠回程,并且使回程速度可调控。其具体实现过程如下:第一电磁换向阀的电磁铁2DT得电,蓄能器经过第一电磁换向阀驱动液压马达回程(克服液压马达的启动转矩),液压马达油液经过调速阀调速后流回油箱。
[0018] 由于采用上述技术方案,本发明提供的一种无人机弹射装置减速与回程控制气液压系统,与现有技术相比具有这样的有益效果:
[0019] I)采用回程控制单元,使滑行小车回程速度可调控,可靠性高;
[0020] 2)采用缓冲制动单元,利用比例溢流阀控液压缸,实现滑行小车的平稳减速制动,并结合冗余设计,提高了系统的可靠性;
[0021] 3)采用紧急制动单元,与缓冲制动单元形成两级制动,确保滑行小车制动的高可靠性。
附图说明
[0022]图1是本发明无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统的原理图;
[0023]图2是本发明无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统机械结构示意图;
[0024]图3是本发明无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统的工作流程图;
[0025]图4是本发明无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统两级制动机构简图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
[0027] 一种无人机弹射装置减速与回程控制气液压系统,如图1所示,它是由主油泵电磁卸荷溢流阀1、主油泵2、主油泵电机3、补油泵电磁卸荷溢流阀4、补油泵5、补油泵电机6、插装阀7、第一单向阀8及其安全阀9、液压马达10、电液比例插装阀11、第一电磁换向阀12、第一调速阀13、安全与截止阀块14、第二单向阀15、第三单向阀16、蓄能器17、第二调速阀18、第二电磁换向阀19、第四单向阀20、第一比例溢流阀21、比例溢流阀安全阀22、缓冲制动液压缸23、第三电磁换向阀24、第五单向阀25、第二比例溢流阀26、紧急制动液压缸27、油箱28以及连通于各个原件之间的油管构成;主油泵电机3驱动主油泵2,主油泵2吸油口与油箱28连接,主油泵2压油口通过第二单向阀15和安全与截止阀块14连接蓄能器17,主油泵电磁卸荷溢流阀I跨接在主油泵2的压油口和油箱28之间;蓄能器17 —方面通过电液比例插装阀11连接液压马达10正向进油口,另一方面通过第一电磁换向阀12连接液压马达10反向进油口,液压马达10正向回油口通过插装阀7与油箱28连接,同时经第一电磁换向阀12和第一调速阀13与油箱28相连;蓄能器17经安全与截止阀块14同时与第三单向阀16连接,并顺序连接第二调速阀18 ;第二调速阀18出油口分为两路,一路连接第二电磁换向阀19,第二电磁换向阀19的进出油口分别连接缓冲制动液压缸23有杆腔与无杆腔,第二电磁换向阀19的回油口连接油箱28,第一比例溢流阀21和比例溢流阀安全阀22均跨接在缓冲制动液压缸23有杆腔与无杆腔之间,第四单向阀20连接到缓冲制动液压缸23与油箱28之间,另一路连接第三电磁换向阀24,第三电磁换向阀24的进出油口分别连接紧急制动液压缸27有杆腔与无杆腔,第三电磁换向阀24的回油口连接油箱28,同时紧急制动液压缸27无杆腔通过第二比例溢流阀26与油箱28相连,第五单向阀25连接到紧急制动液压缸27与油箱28之间;补油泵电机6驱动补油泵5,补油泵5吸油口与油箱28连接,补油泵5压油口通过第一单向阀8与液压马达10连接,补油泵电磁卸荷溢流阀4跨接在补油泵5的压油口和油箱28之间。
[0028] 本发明无人机减速回程控制装置气液压系统的机械结构,如图2所示,现详细说明其各机构工作过程如下:
[0029] 液压马达卷筒机构
[0030] 无人机弹射装置的液压执行机构使用液压马达,两台液压马达与一个绳索卷筒固连,通过液压马达的旋转,带动卷筒转动收缩绳索,使滑行小车与无人机加速。
[0031] I)动滑轮增速机构
[0032] 动滑轮增速机构的作用是使无人机随滑行小车在有限长度的弹射架上加速至安全起飞速度。动滑轮增速机构本身运动速度即为液压马达转动速度,由于液压马达自身的结构、性能等条件的限制,使液压马达输出的转速与扭矩不具备无人机发射速度的条件,因此,必须增加一套增速机构。这个动滑轮组所具有的特性完全能满足该增速机构的要求,并且结构简单,故采用动滑轮组作为增速装置。
[0033] 2)定滑轮换向机构
[0034] 无人机弹射装置的液压马达与滑行小车之间是通过柔性的绳索连接,并且由于液压马达位于滑轨的下方,要使动力传输到滑行小车就必须对绳索采取换向处理。
[0035] 3)滑行小车机构
[0036] 滑行小车机构作为无人机的弹射载体,在弹射架上与无人机一起加速至无人机安全起飞速度。整个高速运动的全过程(包括加速段和减速段)时间很短,先由静止加速至无人机起飞速度,然后减速至静止。因此在滑行小车自身的设计方面必须考虑加速及减速过程中复杂的受力状态。
[0037] 滑行小车结构设计的另一个重要的方面就是必须与无人机进行协调设计,需根据无人机的布局形式来进行滑行小车与无人机全过程协调运动的技术研宄。
[0038] 4)制动机构
[0039] 无人机气液压弹射系统中制动机构的功能是:当无人机加速到安全起飞速度时,滑行小车的动能由制动机构吸收,而无人机则和滑行小车分离并起飞。
[0040] 无人机弹射装置两级制动机构如图4所示,制动机构由缓冲制动单元和紧急制动单元组成,紧急制动单元是防止滑行小车冲出轨道而设置的应急结构,主要由液压缸和挡板组成;缓冲制动单元是完成每次发射后滑行小车减速工作的主要机构,主要由液压缸、动滑轮组、定滑轮组、拦阻钢丝绳等组成。
[0041] 缓冲制动单元作为主要减速装置,吸收滑行小车系统的绝大部分动能,减速时滑行小车在拦阻钢丝绳作用下,迅速抽出减速液压缸的缸杆,采用比例溢流阀控制减速液压缸,实现滑行小车的平稳减速制动。
[0042] 本发明的控制方法是:
[0043] 首先绳索预紧,使滑行小车与绳索处于准备加速状态;然后无人机加速,达到无人机弹射速度;接着滑行小车减速,使无人机与滑行小车分离,无人机起飞;滑行小车在缓冲制动单元作用下减速。在发生意外状况,滑行小车将冲出轨道时,紧急制动单元开始工作,与缓冲制动单元形成两级制动,保证滑行小车安全制动。最后完成发射工作后,滑行小车在回程控制单元作用下开始回程。
[0044] 图3所示是无人机弹射装置减速与回程控制气液压系统的工作流程图,首先液压系统中蓄能器组蓄能,动滑轮系统绳索预紧,然后滑行小车拖动无人机加速,加速到起飞速度后,滑行小车在缓冲制动单元作用下减速,当发生意外状况时紧急制动单元发挥作用。缓冲制动单元与紧急制动单元构成两级制动,保证滑行小车安全减速制动。无人机脱离滑行小车起飞,最后滑行小车在回程控制单元作用下回程,进入下一个工作循环。
[0045] 本发明实施例的具体工作过程如下:
[0046] 1)无人机弹射过程
[0047] 主油泵电机3工作驱动主油泵2,高压油通过第二单向阀15进入到蓄能器17,当压力达到设定的压力时(不同的设定值可以完成不同机型的弹射),主油泵电磁卸荷溢流阀1自动卸荷,同时主油泵电机3断电,主油泵2停转,停止向蓄能器17供油。同时,蓄能器17的油液经过电液比例插装阀11作用在液压马达10上,使液压马达10所固连的卷筒将绳索预紧,使滑行小车与绳索均处在准备加速的状态。
[0048] 加速阶段主油泵2处于停车状态。蓄能器17中的高压油通过电液比例插装阀11进入到液压马达10中,同时,插装阀7打开,加速液压马达10内部的油液经过插装阀7快速地回到油箱,而在液压马达10快速旋转过程中,补油泵电机6驱动补油泵5经单向阀8向液压马达10低压腔补油。其中,电液比例插装阀11通过比例调节可以实现对液压马达10转速的控制。
[0049] 2)滑行小车制动过程
[0050] 在绳索预紧阶段,第二电磁换向阀19的电磁铁3DT得电,油液经过第三单向阀16、调速阀18向缓冲制动液压缸23的有杆腔供油,使缓冲制动液压缸23的缸杆收回,做好滑行小车减速准备。
[0051] 当滑行小车运动到缓冲块位置时,缓冲制动液压缸23的活塞杆被拉出,有杆腔的液压油通过第一比例溢流阀21对小车减速的加速度进行控制,同时对无杆腔进行补油,此夕卜,缓冲制动液压缸23的无杆腔通过第四单向阀20从油箱吸油,实现小车的平稳减速,比例溢流阀安全阀22作为冗余设计,防止第一比例溢流阀21失效。
[0052] 当发生意外状况滑行小车通过缓冲制动液压缸23的减速仍然没有减速到预定速度时,紧急制动液压缸27对滑行小车实施紧急制动。在绳索预紧阶段,第三电磁换向阀24的电磁铁7DT得电,使紧急制动液压缸27缸杆伸出,做好滑行小车应急停车准备。当滑行小车与紧急制动液压缸27缸杆处挡板接触后,无杆腔的液压油通过第二比例溢流阀26对小车减速的加速度进行控制,同时,有杆腔进行补油通过第五单向阀25从油箱吸油。
[0053] 3)滑行小车回程过程
[0054] 完成无人机的发射工作后,滑行小车通过重力作用回程,同时第一电磁换向阀12的电磁铁2DT得电,蓄能器17经过第一电磁换向阀12驱动液压马达10回程(克服液压马达10的启动转矩),液压马达10油液经过调速阀13调速后流回油箱。
[0055] 本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内,对本发明做出各种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种无人机弹射装置减速与回程气液压控制系统,其特征在于:它是由主油泵电磁卸荷溢流阀、主油泵、主油泵电机、补油泵电磁卸荷溢流阀、补油泵、补油泵电机、插装阀、第一单向阀及其安全阀、液压马达、电液比例插装阀、第一电磁换向阀、第一调速阀、安全与截止阀块、第二单向阀、第三单向阀、蓄能器、第二调速阀、第二电磁换向阀、第四单向阀、第一比例溢流阀、比例溢流阀安全阀、缓冲制动液压缸、第三电磁换向阀、第五单向阀、第二比例溢流阀、紧急制动液压缸、油箱以及连通于各个原件之间的油管构成;主油泵电机驱动主油泵,主油泵吸油口与油箱连接,主油泵压油口通过第二单向阀和安全与截止阀块连接蓄能器,主油泵电磁卸荷溢流阀跨接在主油泵的压油口和油箱之间;蓄能器一路通过电液比例插装阀连接液压马达正向进油口,另一路通过第一电磁换向阀连接液压马达反向进油口,液压马达正向回油口通过插装阀与油箱连接,同时经第一电磁换向阀和第一调速阀与油箱相连;蓄能器经安全与截止阀块同时与第三单向阀连接,并顺序连接第二调速阀;第二调速阀出油口分为两路,一路连接第二电磁换向阀,第二电磁换向阀的进出油口分别连接缓冲制动液压缸有杆腔与无杆腔,第二电磁换向阀的回油口连接油箱,第一比例溢流阀和比例溢流阀安全阀均跨接在缓冲制动液压缸有杆腔与无杆腔之间,第四单向阀连接到缓冲制动液压缸与油箱之间,另一路连接第三电磁换向阀,第三电磁换向阀的进出油口分别连接紧急制动液压缸有杆腔与无杆腔,第三电磁换向阀的回油口连接油箱,同时紧急制动液压缸无杆腔通过第二比例溢流阀与油箱相连,第五单向阀连接到紧急制动液压缸与油箱之间;补油泵电机驱动补油泵,补油泵吸油口与油箱连接,补油泵压油口通过第一单向阀与液压马达连接,补油泵电磁卸荷溢流阀跨接在补油泵的压油口和油箱之间。
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