CN104443369A - 起落架缓冲支柱的缓冲装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了起落架缓冲支柱的缓冲装置及其在油气缓冲支柱中的使用方法。缓冲支柱包括外筒和能够沿外筒的内壁移动的内筒，缓冲装置包括：至少一个激励部件，其布置于缓冲支柱的外筒壁内侧；至少一个感应部件，其布置于缓冲支柱的内筒中以响应于激励部件的激励，使得内筒沿缓冲支柱的外筒移动产生缓冲阻尼；控制单元，其根据缓冲支柱的运动信号实时控制激励部件；以及感测部件，其布置于缓冲支柱下端以检测缓冲支柱的运动信号并将运动信号反馈至控制单元。根据本发明的半主动的控制方式有利于适应更加复杂的外界情况，提高飞机着陆缓冲效率，使用良好的控制算法可以进一步增加飞机着陆过程的安全性和舒适性。
Description
技术领域
本发明总的涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种用于起落架缓冲支柱的缓冲装置。
背景技术
现代飞机在降落过程中，起落架需要承受较大的冲击载荷，为保证降落过程的平稳性和安全性，起落架支柱多采用安装油气式缓冲支柱的结构形式。
图1示出了一种典型的油气缓冲支柱。在这种油气式缓冲支柱100的结构中，缓冲支柱外筒101与上部质量相连接，容纳有高压气体的腔室，例如氮气腔102位于支柱内腔上部，油气之间不设分离活塞。氮气腔102中设有油孔支撑管103，其上设有小孔104以使腔内油液液面108保持平衡。油孔支撑管103可在油气之间提供带油孔107的平面，液压油流经油孔107的压力会产生抵抗支柱压缩的作用，同时氮气腔102压缩可吸收部分着陆撞击能量。如图1所示，可沿外筒101的内壁移动的内筒活塞或内筒105中装有变截面油针106，当支柱受力而伸长或压缩时，随行程变化油针106进入油孔107的深度不同，这就引起油孔107有效过流面积的变化，从而达到调节油液阻尼的作用。也就是说，油液从一腔通过油孔或阻尼孔进入另一腔，吸收着陆能量。同时支柱压缩引起腔内氮气体积压缩，吸收能量起到减震作用。除液压力和气动力之外，上下支撑处的摩擦力也会对缓冲性能产生影响。油气缓冲支柱具有较高的缓冲效率，且从能量耗散的观点上看也较为优秀。
为提高油气式缓冲支柱的缓冲性能，本领域设计人员近年在结构形式和内部构造上都进行了大量的设计尝试，如变油孔、双腔等技术，但改进空间越来越小。此外，现有油气式缓冲支柱虽然阻尼力可随着行程和加速度的变化而变化，但其调节范围是有限的，基本靠气腔预冲压压力调节，很难根据飞机外部冲击载荷的变化进行大范围的调节，因此多属于被动控制，这种情况下减震效果会受到明显的限制，且飞机着陆初期刚度较小、缓冲效率较低，缓冲过程中的峰值负载明显，对结构和材料的要求较高。
发明内容
较为优秀的缓冲形式，应该具备一定的主动控制或半主动控制性能，可以根据外界的激励来调节系统的阻尼和刚度，具备一定的动态响应能力，进而能够有效降低负载峰值，并有效提高缓冲效率。
因此，本发明总的目的在于解决现有技术中的缺陷，对飞机起落架缓冲支柱结构进行改进，提出一种可改善缓冲支柱性能的基于半主动控制方式的设计方案，以改善原有油气缓冲支柱结构不可调节的缺陷，从而有效提高缓冲支柱的缓冲效率并减小过载保护结构，改善动态性能。
根据本发明的一个方面，提供一种起落架缓冲支柱的缓冲装置，所述缓冲支柱包括外筒和能够沿所述外筒的内壁移动的内筒，所述缓冲装置包括：至少一个激励部件，其布置于所述缓冲支柱的外筒壁内侧；至少一个感应部件，其布置于所述缓冲支柱的内筒中以响应于所述激励部件的激励，使得所述内筒沿所述缓冲支柱的外筒移动产生缓冲阻尼；控制单元，其根据所述缓冲支柱的运动信号实时控制所述激励部件；以及感测部件，其布置于所述缓冲支柱下端以检测所述缓冲支柱的运动信号并将所述运动信号反馈至所述控制单元。
根据一种优选形式，所述缓冲装置的激励部件为围绕所述缓冲支柱的外筒壁内侧布置的单一部件或对称设置的多个部件。
根据一种优选形式，所述激励部件由硅钢片、三相绕组组成，所述控制单元为绕组电流控制单元。
根据一种优选形式，所述感应部件包括感应合金。优选地，所述感应合金可以为铝铁合金或铜铁合金。
根据一种优选形式，所述感测部件包括位移传感器。
在上述例示实施方式中，核心思路为通过检测缓冲支柱的运动信号，实时调节绕组中流过的电流幅值及相位，从而产生阻尼缓冲力，改善起落架的缓冲性能。
本发明可利用飞机起落架缓冲支柱的原有结构形式，进行少量改装，在不影响原有油气缓冲支柱的功能下，增加一套电磁缓冲装置，实现缓冲支柱的半主动控制，实时调节缓冲阻尼刚度，有效改善现有结构的缓冲性能，提高飞机的安全性和舒适度。
根据本发明的另一方面，提供了一种起落架缓冲支柱的缓冲装置在油气缓冲支柱中的使用方法，包括：
a、感测部件检测缓冲支柱的运动信号，并将运动信号反馈至控制单元；
b、控制单元根据所述感测部件反馈的运动信号，计算并判断缓冲支柱所承受的载荷及外部冲击状态，实时控制激励部件产生对感应部件的激励；
c、感应部件响应于所述激励促使缓冲支柱的内筒沿外筒移动，以产生额外的缓冲阻尼。
进一步地，所述运动信号包括压缩行程、速度和加速度大小，所述控制单元根据缓冲支柱的压缩行程、速度和加速度大小的改变而实时改变对所述激励部件的控制电流的幅值及相位。
本发明采用电磁补偿式缓冲支柱至少具有以下优点：
1、非接触式缓冲，无摩擦损耗，缓冲过程平稳无噪声；
2、电磁缓冲支柱的控制方式为改变绕组电流，易于通过自动控制的方式实现；
3、实现了缓冲支柱的半主动调节，动态特性适应性增强，可有效提高初期的缓冲效率，并可在负载峰值处减轻油气弹簧的负载，提高结构的安全性和可靠性。
因此，利用感应合金在绕组磁场中的感应在起落架缓冲支柱的缓冲过程中附加额外阻尼力，不仅结构简单、实施容易，而且具有反应迅速、调节范围大、对起落架原结构影响较小等特点，具有良好广泛的应用前景。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，附图中：
图1示出了现有油气缓冲支柱的结构示意图；
图2示出了根据本发明一种实施方式的起落架缓冲支柱的缓冲装置的示意图。
具体实施方式
根据本发明的起落架缓冲支柱的缓冲装置的一种实施方式如图2所示，其典型组成包括布置于缓冲支柱外筒壁内侧的激励部件，缓冲支柱内筒上的感应部件，以及绕组电流控制单元三部分。
根据本发明的缓冲装置可应用于现有各种缓冲支柱结构中，尤其是油气式缓冲支柱。相比于图1示出的现有缓冲支柱100，在本发明改进的缓冲支柱200中，缓冲支柱外筒壁201内侧加装有激励部件，，并在缓冲支柱下端处加装有感测部件，例如位移传感器(未示出)。其中激励部件主要由硅钢片203和三相绕组204组成。由此，绕组204外的支柱壁可有效防止磁场外泄，提高效率，减少对起落架上其它元器件的影响。绕组204可采用显式连接的方法缠绕。此结构利用缓冲支柱的原有结构，并可利用支柱内油液润滑，绕组涡流产生的热量可通过油液及筒壁耗散。感应部件可通过对缓冲支柱内筒205改造而成，采用复合结构，在内筒205内装设感应合金202，从而能够通过外筒201产生的磁场来对缓冲支柱的内筒205产生电磁力，使得内筒205沿缓冲支柱的外筒201移动产生额外的缓冲阻尼。内筒205可利用原结构及形状，材料可选用45号钢来提供价高的刚度。外侧可选用铝或铜，并进行表面处理以提高耐磨性(例如镀铬)，增加使用寿命。
实际使用过程中，根据电磁感应原理，在当三相交流电流通过线圈绕组204时，即可在线圈绕组204内产生沿缓冲支柱轴向方向的行波磁场。缓冲支柱压缩时，激励部件和感应部件之间相对运动，引起感应合金在行波磁场中运动，切割行波磁场，产生电磁力。当行波磁场与相对运动方向相反时，电磁力阻碍激励部件和感应部件之间的相对运动，即对缓冲支柱内筒205产生额外的阻尼。
在着陆缓冲过程中，可通过位移传感器实时采集缓冲支柱的运动信号，包括但不限于压缩行程、速度和加速度大小，这些运动信号被反馈至线圈电流控制单元(未示出)中，控制单元通过计算判断油气缓冲支柱所承受的载荷及外部冲击的状态，实时计算通过绕组204的电流的幅值和相位，产生额外的阻尼力进行补偿。在缓冲压缩初期，缓冲支柱刚度较低，如果外界冲击载荷过大，此时绕组204可产生额外的排斥力增加缓冲支柱刚度并提高初期的缓冲效率；在整个缓冲过程中，绕组204额外产生的阻尼力可以减轻油气缓冲支柱的负载，减少油气腔的压力，增加结构的可靠性和安全性；在压缩不足的情况下，电磁线圈204也可通过改变电流方向来增大压缩量，对飞机轮载信号的产生起到一定的辅助作用。
根据本发明的半主动的控制方式有利于适应更加复杂的外界情况，提高飞机着陆缓冲效率，使用良好的控制算法可以进一步增加飞机着陆过程的安全性和舒适性。
利用电磁产生额外的缓冲阻力，可大大拓展原有缓冲支柱结构的缓冲范围，增加对起落架外部环境的适应性，可使负载曲线趋于平稳，削弱负载变化的振幅，提高缓冲支柱的安全可靠性。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，应当理解的是，上述实施方式存在许多修改方式，这些方式对相关领域技术人员来说是很明显的。这些修改/变型落入本发明的相关领域中，也应当包括在所附的权利要求的范围中。
Claims (8)
1.起落架缓冲支柱的缓冲装置，所述缓冲支柱包括外筒和能够沿所述外筒的内壁移动的内筒，其特征在于，所述缓冲装置包括：
至少一个激励部件，其布置于所述缓冲支柱的外筒壁内侧；
至少一个感应部件，其布置于所述缓冲支柱的内筒中以响应于所述激励部件的激励，使得所述内筒沿所述缓冲支柱的外筒移动产生缓冲阻尼；
控制单元，其根据所述缓冲支柱的运动信号实时控制所述激励部件；以及
感测部件，其布置于所述缓冲支柱下端以检测所述缓冲支柱的运动信号并将所述运动信号反馈至所述控制单元。
2.根据权利要求1所述的起落架缓冲支柱的缓冲装置，其特征在于，所述缓冲装置的激励部件为围绕所述缓冲支柱的外筒壁内侧布置的单一部件或对称设置的多个部件。
3.根据权利要求2所述的起落架缓冲支柱的缓冲装置，其特征在于，所述激励部件由硅钢片、三相绕组组成，所述控制单元为绕组电流控制单元。
4.根据权利要求3所述的起落架缓冲支柱的缓冲装置，其特征在于，所述感应部件包括感应合金。
5.根据权利要求4所述的起落架缓冲支柱的缓冲装置，其特征在于，所述感应合金包括铝铁合金或铜铁合金。
6.根据权利要求4所述的起落架缓冲支柱的缓冲装置，其特征在于，所述感测部件包括位移传感器。
7.根据权利要求1至6任一所述的起落架缓冲支柱的缓冲装置在油气缓冲支柱中的使用方法，包括：
a、感测部件检测缓冲支柱的运动信号，并将运动信号反馈至控制单元；
b、控制单元根据所述感测部件反馈的运动信号，计算并判断缓冲支柱所承受的载荷及外部冲击状态，实时控制激励部件产生对感应部件的激励；
c、感应部件响应于所述激励促使缓冲支柱的内筒沿外筒移动，以产生额外的缓冲阻尼。
8.根据权利要求7所述的缓冲装置在油气缓冲支柱中的使用方法，其特征在于，所述运动信号包括压缩行程、速度和加速度大小，所述控制单元根据缓冲支柱的压缩行程、速度和加速度大小的改变而实时改变对所述激励部件的控制电流的幅值及相位。
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150325 |