CN104895995B - 小型无人机起落架缓冲器 - Google Patents

Abstract

小型无人机起落架缓冲器，涉及航空飞行器领域，解决了现有扁簧式缓冲器缓冲效率低、易反弹、无法满足无人机高可靠性要求的问题。包括外筒，外筒上的第一弹簧，带阻尼孔的内筒，外筒和内筒间的气囊，上接头，下接头，伸入内筒内部的活塞杆，依次套装在活塞杆上的活塞、阻尼板、限压阀，依次套装在活塞杆上且位于外筒内部的单向阀、导向套、锁紧盖；内筒和外筒间为内外筒环形储油腔，阻尼板沿活塞杆轴向运动，限压阀限制压缩行程中最大阻尼力不超过预设值，拧紧锁紧盖后将导向套、单向阀、内筒沿轴向压紧至下接头，单向阀控制内外筒环形储油腔与内筒右腔连通与否，第一弹簧两端分别抵住下上接头。本发明缓冲效率高、不易反弹、性能稳定、可靠性高。

Description

小型无人机起落架缓冲器

技术领域

本发明涉及航空飞行器技术领域，具体涉及一种小型无人机起落架缓冲器。

背景技术

起落架是飞机用以滑跑、停放的专门装置，需要承受飞机与地面接触产生的静载荷和动载荷，起支撑和保护机体的作用。起落架依靠缓冲器吸收着陆冲击能量，其性能的好坏对飞机起降性能有着决定性的影响。随着无人机的普及，用户往往不具备专业飞行器知识，这对无人机的可靠性、操作简便性、免维护性等提出了较高要求。随着无人机应用领域不断扩展、市场需求的日新月异，这对无人机开发周期、性价比等提出了要求。着陆是无人机最容易发生事故的环节，提高无人机着陆安全性，对于推动无人机广泛应用具有重大意义。起落架缓冲器是无人机的关键部件，很大程度上决定了无人机着陆性能。

在不增强机体结构强度的前提下，要提高无人机着陆的安全性，一方面要提高无人机性能，使无人机柔和接地，这对传感器、控制器、执行机构的精度、快速性等提出了较高要求，会显著增大系统软硬件复杂度和成本；另一方面要提高起落架性能，能够允许无人机以较大下沉速度接地，降低对测控系统的要求。因此，研制高效率、高可靠性、低成本、维护简单、开发升级周期短的无人机起落架缓冲器，允许无人机以较大下沉速度接地并安全着陆，具有重要意义。一个性能良好的起落架缓冲器应具备以下优点：压缩时，阻尼随着压缩行程具有渐增性且能限制最大阻尼；反弹时，能提供较大阻尼，使储存的弹性势能缓慢释放，抑制反弹，只有满足上述要求，才能实现较高的缓冲效率。

目前，大多数大型飞机均采用油气式缓冲器，该类型缓冲器具有较高的效率和较好的功量吸收能力。但是小型无人机全机重一般仅为几十到几百千克，与大型飞机动辄几吨甚至几十吨的重量相差甚远，若将现有油气式缓冲器小型化，理论上可以满足无人机需要，但实现起来却存在困难。这是因为：适用于小型无人机结构的油针为一细长杆，直径为毫米级，长度为分米级，配合间隙(环形油路缝隙)仅为零点几毫米，加工装调成本高且难以保证其精度，工作时容易产生变形。油气式缓冲器对充气气压、充油量都有要求，维护较复杂，需要配备专业人员、专业设备，小微型化后的油气缓冲器制造成本高、维护复杂、开发升级周期长，不适用于小型无人机。

现有大多数小型轮式无人机均采用扁簧式缓冲器，该类型缓冲器结构简单、成本低、免维护。但是由于扁簧只能提供弹性力而没有阻尼力，导致无人机着陆时存在弹跳现象，极易发生偏离跑道、侧翻等事故；由于扁簧式缓冲器缓冲效率低、容易反弹，因此要求无人机降落时具有较小的下沉速度，难以满足未来无人机高可靠性、简易操作的要求。

综上，现有的油气式缓冲器和扁簧式缓冲器都不适用于小型无人机。有针对性的开发出适用于小型无人机的起落架缓冲器，对提高无人机性能，促进无人机普及具有重大意义。

发明内容

为了解决现有扁簧式缓冲器缓冲效率低、易反弹、无法满足无人机高可靠性要求的问题，本发明提供一种缓冲效率高、不易反弹、性能稳定、可靠性高的小型无人机起落架缓冲器。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的小型无人机起落架缓冲器，包括：

外筒；

与外筒固连的下接头；

安装在外筒内部且沿轴线布置多个阻尼孔的内筒，所述内筒和外筒之间为内外筒环形储油腔；

设置在外筒和内筒之间的气囊；

左端伸入内筒内部的活塞杆；

依次套装在活塞杆左端的沿轴向开有多个过油孔的活塞、沿轴向开有多个阻尼孔的阻尼板、沿轴向开有多个过油孔的限压阀，所述阻尼板相对于活塞沿活塞杆轴向运动，所述阻尼板将内筒分为左腔和右腔，所述限压阀用于限制压缩行程中最大阻尼力不超过预设值；

从左到右依次套装在活塞杆上的沿轴向开有多个过油孔的的单向阀、左端设有径向槽的导向套、与外筒固连的锁紧盖，所述单向阀、导向套、锁紧盖均位于外筒内部且均位于内筒右侧，拧紧锁紧盖后将导向套、单向阀、内筒沿轴向压紧至下接头，所述单向阀用于控制内外筒环形储油腔与内筒右腔连通与否；

与活塞杆右端固连的上接头；

套装在外筒上的第一弹簧，所述第一弹簧两端分别抵住下接头和上接头。

进一步的，所述外筒左端设置有法兰盘，外筒通过法兰盘与下接头内则固定相连。

进一步的，所述外筒端面与下接头内侧端面之间安装有第三密封圈。

进一步的，所述限压阀包括：套装固定在活塞杆上的两个挡圈、套装在活塞杆上且位于两个挡圈之间的两个定位环、经预压缩后固定在两个定位环之间的第二弹簧；通过压缩第二弹簧使两个定位环相对于活塞沿活塞杆轴向运动，所述定位环沿轴向开有多个过油孔。

进一步的，当阻尼板对左侧定位环的作用力大于第二弹簧的预压缩力时，两个定位环沿活塞杆向右滑动；当阻尼板对左侧定位环的作用力小于第二弹簧的预压缩力时，阻尼板右侧位置被限制，两个定位环沿活塞杆向左滑动。

进一步的，所述单向阀包括：多个钢珠以及套装固定在活塞杆上的阀盖和阀体；所述阀体上沿着圆周设置有多个锥孔，锥孔个数与钢珠个数相同，所述钢珠对应放置于阀体的锥孔内，钢珠与锥孔的锥面配合，所述阀盖和阀体上沿轴向均开有多个过油孔，所述阀体上的过油孔个数与锥孔的个数相同，所述阀体上的过油孔底部均为锥面且过油孔与对应的锥孔相通，所述阀盖位于阀体左侧且贴紧钢珠，所述内筒右腔与钢珠左侧通过阀盖上的过油孔保持连通，所述内外筒环形储油腔与钢珠右侧通过导向套左端的径向槽以及阀体上的过油孔保持连通。

进一步的，当钢珠左侧油液压力大于右侧油液压力时，钢珠在油液压力作用下紧贴锥孔的锥面，单向阀处于封闭状态；当钢珠左侧油液压力小于右侧油液压力时，钢珠在油液压力作用下与锥孔的锥面分离，单向阀处于开启状态。

进一步的，所述锁紧盖与活塞杆之间安装有防尘圈，所述导向套与活塞杆之间安装有第一密封圈，所述导向套与外筒之间安装有第二密封圈。

进一步的，所述活塞左侧通过螺母固定在活塞杆上，右侧通过活塞杆上的轴肩定位。

进一步的，所述活塞杆上设置有环槽，所述环槽位于阻尼板与限压阀之间，所述活塞杆上且位于环槽左侧呈锥形，用于防止限压阀启动时阻尼力发生突变。

本发明的有益效果是：本发明通过第一弹簧提供弹性力，通过油液节流提供阻尼力。缓冲器承受着陆冲击，压缩行程中，阻尼板与活塞分离，且单向阀开启，阻尼板阻尼系数随压缩行程增大而增大；反弹行程中，阻尼板紧贴活塞，且单向阀关闭，阻尼板提供较大阻尼，抑制反弹，限压阀限制压缩行程中最大阻尼力不超过设定值。

1、本发明采用改变并联阻尼孔数量的方法产生阻尼效果，缓冲功量曲线饱满，能量吸收效率高，缓冲效率较高。

2、本发明采用反弹阻尼板和单向阀控制油路，有效提高了缓冲器反弹阻尼，回弹缓慢，允许无人机以较大下沉速度接地而不产生过载超标或机轮触地，有效防止无人机着陆反弹。

3、本发明省去了现有油气缓冲器的油针结构，同时采用第一弹簧提供弹性力，结构简单、装配工作量小，降低了制造成本。

4、本发明以简单可靠的结构满足了无人机对起落架缓冲器的要求，可靠性高，性能稳定，有利于提高无人机着陆安全性。

5、本发明采用弹簧力控制的限压阀，限制最大阻尼力不超过设定值，减小了缓冲过载。

6、将本发明的缓冲器用于不同型号的无人机上时，只需要更改个别零件，改型升级周期短。

7、本发明的缓冲器维护简单，在长期工作时可以免于维护。

8、本发明对提高无人机可靠性进而推动无人机广泛应用具有重要意义，本发明可广泛用于各种中高端小型无人机。

附图说明

图1为本发明的小型无人机起落架缓冲器在典型工况下的落震缓冲功量曲线示意图。图1中：F：阻尼力，S：位移。

图2为本发明的小型无人机起落架缓冲器的结构剖视图。

图3为本发明压缩行程中油液流通示意图。

图4为本发明压缩行程中限压阀开启后，新增泄油通道的油液流通示意图。

图5为本发明反弹行程中油液流通示意图。

图6为本发明中的单向阀的结构示意图。

图中：1、外筒，2、内筒，3、活塞，4、阻尼板，5、限压阀，5-1、挡圈，5-2、定位环，5-3、第二弹簧，6、活塞杆，7、气囊，8、单向阀，8-1、阀盖，8-2、钢珠，8-3、阀体，9、导向套，10、锁紧盖，11、上接头，12、防尘圈，13、第一密封圈，14、第二密封圈，15、螺母，16、第一弹簧，17、第三密封圈，18、下接头，19、环槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图2所示，本发明的小型无人机起落架缓冲器，主要由外筒1、内筒2、活塞3、阻尼板4、限压阀5、活塞杆6、气囊7、单向阀8、导向套9、锁紧盖10、上接头11、防尘圈12、第一密封圈13、第二密封圈14、螺母15、第一弹簧16、第三密封圈17和下接头18组成，通过第一弹簧16提供弹性力，通过油液节流提供阻尼力。

外筒1一端设置有法兰盘，外筒1通过法兰盘与下接头18内则固定相连，外筒1的法兰盘端面与下接头18内侧端面之间安装有第三密封圈17，用于密封外筒1与下接头18。

外筒1内部安装有内筒2，内筒2沿轴线方向布置有多个阻尼孔，外筒1长度大于内筒2长度，外筒1和内筒2之间为内外筒环形储油腔，用于油液流通。内筒2内部安装有活塞3、阻尼板4、限压阀5和活塞杆6，其中，活塞3、阻尼板4、限压阀5完全位于内筒2内部，而活塞杆6是沿着内筒2左右运动，其左端完全位于内筒2内部，右端端部位于内筒2外部，外筒1和内筒2之间安装有气囊7，用于吸纳活塞杆6伸入的体积。当安装完外筒1、第三密封圈17、下接头18、气囊7、内筒2后，再将活塞杆6左端连同活塞3、阻尼板4、限压阀5伸入内筒2内部。活塞3、阻尼板4、限压阀5沿着活塞杆6轴向从左到右依次布置，活塞3、阻尼板4、限压阀5的外壁均与内筒2的内壁配合，活塞3套装在活塞杆6左端，活塞3左侧通过螺母15固定在活塞杆6上，活塞3右侧通过活塞杆6上的轴肩定位，活塞3沿轴线方向开有多个过油孔。阻尼板4套装在活塞杆6上且靠近活塞3右侧，阻尼板4相对活塞3可以沿着活塞杆6轴向运动，阻尼板4将内筒2分为左腔和右腔，阻尼板4沿轴线方向开有多个阻尼孔，内筒2上的多个阻尼孔与阻尼板4上的多个阻尼孔呈并联关系，便于油液流通。

活塞杆6上设置有环槽19，环槽19位于阻尼板4与限压阀5之间，活塞杆6上且位于环槽19左侧的结构呈锥形，可以有效防止限压阀5启动时阻尼力发生突变。如图3所示，限压阀5用于限制压缩行程中最大阻尼力不超过预设值。限压阀5由两个挡圈5-1、两个定位环5-2和一个第二弹簧5-3组成，两个挡圈5-1套装固定在活塞杆6上，两个定位环5-2套装在活塞杆6上且位于两个挡圈5-1之间，第二弹簧5-3经过预压缩后安装到两个定位环5-2之间，通过压缩第二弹簧5-3可使两个定位环5-2相对于活塞3沿着活塞杆6轴向运动，每个定位环5-2外侧对应有一个挡圈5-1，用于限制定位环5-2的极限位置，两个定位环5-2沿轴线方向都开有多个过油孔。当阻尼板4对左侧定位环5-2的作用力大于第二弹簧5-3的预压缩力时，两个定位环5-2可以沿着活塞杆6向右滑动；反之，当阻尼板4对左侧定位环5-2的作用力小于第二弹簧5-3的预压缩力时，阻尼板4右侧位置被限制，两个定位环5-2可以沿着活塞杆6向左滑动。

在外筒1内部且位于内筒2右侧、沿着活塞杆6轴向从左到右依次安装有单向阀8、导向套9、锁紧盖10，当安装完单向阀8、导向套9、锁紧盖10后，再将第一弹簧16套装在外筒1上，第一弹簧16左端抵住下接头18内侧，活塞杆6右端与上接头11内侧中心固定相连，第一弹簧16右端抵住上接头11内侧。

单向阀8、导向套9、锁紧盖10依次套装在活塞杆6上，锁紧盖10与外筒1采用螺纹连接，锁紧盖10与活塞杆6之间安装有防尘圈12，用于防尘，拧紧锁紧盖10后将导向套9、单向阀8、内筒2沿轴向压紧至下接头18，导向套9与活塞杆6之间安装有第一密封圈13，用于密封导向套9和活塞杆6，导向套9与外筒1之间安装有第二密封圈14，用于密封导向套9和外筒1，导向套9左端设置有径向槽。

如图3、图6所示，单向阀8用于控制内外筒环形储油腔与内筒2右腔连通与否，从而控制内外筒环形储油腔与内筒2右腔之间的油液流动。单向阀8由阀盖8-1、多个钢珠8-2、阀体8-3组成，阀盖8-1和阀体8-3均套装固定在活塞杆6上，阀体8-2上沿着圆周设置有多个锥孔，锥孔个数与钢珠8-2个数相同，钢珠8-2对应放置于阀体8-3的锥孔内，钢珠8-2与锥孔的锥面配合良好，阀体8-3上沿着轴线方向开有多个过油孔，阀体8-3上的过油孔个数与阀体8-3上的锥孔个数相同，阀体8-3上的过油孔底部为锥面且过油孔与锥孔相通，阀盖8-1上沿着轴线方向开有多个过油孔，阀盖8-1安装在阀体8-3左侧且贴紧钢珠8-2，内筒2右腔与钢珠8-2左侧通过阀盖8-1上的过油孔保持连通，内外筒环形储油腔与钢珠8-2右侧通过导向套9左端的径向槽以及阀体8-3上的过油孔保持连通。当钢珠8-2左侧油液压力大于右侧油液压力时，钢珠8-2在油液压力作用下紧贴锥孔的锥面，单向阀8处于封闭状态；反之，当钢珠8-2左侧油液压力小于右侧油液压力时，钢珠8-2在油液压力作用下与锥孔的锥面分离，单向阀8处于开启状态。

如图3所示，在压缩行程中，活塞杆6左端连同活塞3、阻尼板4、限压阀5沿着内筒2向左运动，内筒2左腔为高压腔，内筒2右腔与内外筒环形储油腔均为低压腔，阻尼板4在油液压力作用下离开活塞3右端面，最后阻尼板4的右端面紧贴单向阀5的左侧定位环5-2，最终油液从内筒2左腔通过活塞3的过油孔、阻尼板4的阻尼孔、两个定位环5-2的过油孔流入内筒2右腔；同时油液从内筒2左腔多个阻尼孔流向内外筒环形储油腔，油液从内外筒环形储油腔依次流向导向套9左端的径向槽和阀体8-3上的过油孔，此时，钢珠8-2右侧油液压力大于左侧油液压力，钢珠8-2在油液压力作用下与锥孔的锥面分离，单向阀8开启，最终油液通过单向阀8流入内筒2右腔。

如图4所示，随着压缩行程的增大，内筒2左腔的阻尼孔逐一被关闭，阻尼随之增大。通过改变第二弹簧5-3的预压缩量调整最大阻尼力的预设值，当最大阻尼力超过预设值时，限压阀5开启，在图3所示的基础上增加了一条环形泄油通道。具体的是：当内筒2左腔油液压力小于最大阻尼力的预设值时，阻尼板4在油液压力作用下与活塞3分离并紧贴限压阀5的左侧定位环5-2，但无法推动左侧定位环5-2，此时油液只能从阻尼板4上的阻尼孔、两个定位环5-2的过油孔流入内筒2右腔；当内筒2左腔油液压力超过最大阻尼力的预设值时，阻尼板4向右产生一定位移，阻尼板4推动限压阀5的左侧定位环5-2向右滑动，当阻尼板4运动到活塞杆6的环槽19处后，油液即可从活塞杆6的环槽19处向内筒2右腔流动，阻尼力迅速减小，打开一条新的环形泄油通道，环形泄油通道入口处呈锥形，增加了流通面积，减小了阻尼。

如图5所示，在反弹行程中，活塞杆6左端连同活塞3、阻尼板4、限压阀5沿着内筒2向右运动，内筒2右腔为高压腔，阻尼板4在油液压力作用下紧贴活塞3右端面，活塞3上的过油孔被关闭，钢珠8-2在油液压力下紧贴锥孔的锥面，单向阀8关闭，油液只能从内筒2右腔的阻尼孔流向内外筒环形储油腔，此时油液流通面积小，能够产生较强的阻尼效果，阻尼效果强烈，抑制反弹。

上述所说的内筒2上的阻尼孔以及阻尼板4上的阻尼孔均小于活塞3上的过油孔、定位环5-2上的过油孔、阀盖8-1上的过油孔以及阀体8-3上的过油孔。

如图1所示，本发明的小型无人机起落架缓冲器在典型工况下的落震缓冲功量曲线饱满，能量吸收效率较高，允许无人机以较大下沉速度接地而不产生过载超标或机轮触地的反弹现象。在压缩行程中，油液压力F呈脉动状；在反弹行程中，第一弹簧16储存的能量绝大部分被阻尼消耗掉，可以有效抑制反弹。

Claims (9)

1.小型无人机起落架缓冲器，其特征在于，包括：

外筒(1)；

与外筒(1)固连的下接头(18)；

安装在外筒(1)内部且沿轴线布置有多个阻尼孔的内筒(2)，所述内筒(2)和外筒(1)之间为内外筒环形储油腔；

设置在外筒(1)和内筒(2)之间的气囊(7)；

左端伸入内筒(2)内部的活塞杆(6)；

依次套装在活塞杆(6)左端的沿轴向开有多个过油孔的活塞(3)、沿轴向开有多个阻尼孔的阻尼板(4)、沿轴向开有多个过油孔的限压阀(5)，所述阻尼板(4)相对于活塞(3)沿活塞杆(6)轴向运动，所述阻尼板(4)将内筒(2)分为左腔和右腔，所述限压阀(5)用于限制压缩行程中最大阻尼力不超过预设值；

从左到右依次套装在活塞杆(6)上的沿轴向开有多个过油孔的的单向阀(8)、左端设有径向槽的导向套(9)、与外筒(1)固连的锁紧盖(10)，所述单向阀(8)、导向套(9)、锁紧盖(10)均位于外筒(1)内部且均位于内筒(2)右侧，拧紧锁紧盖(10)后将导向套(9)、单向阀(8)、内筒(2)沿轴向压紧至下接头(18)，所述单向阀(8)用于控制内外筒环形储油腔与内筒(2)右腔连通与否；

与活塞杆(6)右端固连的上接头(11)；

套装在外筒(1)上的第一弹簧(16)，所述第一弹簧(16)两端分别抵住下接头(18)和上接头(11)。

2.根据权利要求1所述的小型无人机起落架缓冲器，其特征在于，所述外筒(1)端面与下接头(18)内侧端面之间安装有第三密封圈(17)。

3.根据权利要求1所述的小型无人机起落架缓冲器，其特征在于，所述限压阀(5)包括：套装固定在活塞杆(6)上的两个挡圈(5-1)、套装在活塞杆(6)上且位于两个挡圈(5-1)之间的两个定位环(5-2)、经预压缩后固定在两个定位环(5-2)之间的第二弹簧(5-3)；通过压缩第二弹簧(5-3)使两个定位环(5-2)相对于活塞(3)沿活塞杆(6)轴向运动，所述定位环(5-2)沿轴向开有多个过油孔。

4.根据权利要求3所述的小型无人机起落架缓冲器，其特征在于，当阻尼板(4)对左侧定位环(5-2)的作用力大于第二弹簧(5-3)的预压缩力时，两个定位环(5-2)沿活塞杆(6)向右滑动；当阻尼板(4)对左侧定位环(5-2)的作用力小于第二弹簧(5-3)的预压缩力时，阻尼板(4)右侧位置被限制，两个定位环(5-2)沿活塞杆(6)向左滑动。

5.根据权利要求1所述的小型无人机起落架缓冲器，其特征在于，所述单向阀(8)包括：多个钢珠(8-2)以及套装固定在活塞杆(6)上的阀盖(8-1)和阀体(8-3)；所述阀体(8-3)上沿着圆周设置有多个锥孔，锥孔个数与钢珠(8-2)个数相同，所述钢珠(8-2)对应放置于阀体(8-3)的锥孔内，钢珠(8-2)与锥孔的锥面配合，所述阀盖(8-1)和阀体(8-3)上沿轴向均开有多个过油孔，所述阀体(8-3)上的过油孔个数与锥孔的个数相同，所述阀体(8-3)上的过油孔底部均为锥面且过油孔与对应的锥孔相通，所述阀盖(8-1)位于阀体(8-3)左侧且贴紧钢珠(8-2)，所述内筒(2)右腔与钢珠(8-2)左侧通过阀盖(8-1)上的过油孔保持连通，所述内外筒环形储油腔与钢珠(8-2)右侧通过导向套(9)左端的径向槽以及阀体(8-3)上的过油孔保持连通。

6.根据权利要求5所述的小型无人机起落架缓冲器，其特征在于，当钢珠(8-2)左侧油液压力大于右侧油液压力时，钢珠(8-2)在油液压力作用下紧贴锥孔的锥面，单向阀(8)处于封闭状态；当钢珠(8-2)左侧油液压力小于右侧油液压力时，钢珠(8-2)在油液压力作用下与锥孔的锥面分离，单向阀(8)处于开启状态。

7.根据权利要求1所述的小型无人机起落架缓冲器，其特征在于，所述锁紧盖(10)与活塞杆(6)之间安装有防尘圈(12)，所述导向套(9)与活塞杆(6)之间安装有第一密封圈(13)，所述导向套(9)与外筒(1)之间安装有第二密封圈(14)。

8.根据权利要求1所述的小型无人机起落架缓冲器，其特征在于，所述活塞(3)左侧通过螺母(15)固定在活塞杆(6)上，右侧通过活塞杆(6)上的轴肩定位。

9.根据权利要求1所述的小型无人机起落架缓冲器，其特征在于，所述活塞杆(6)上设置有环槽(19)，所述环槽(19)位于阻尼板(4)与限压阀(5)之间，所述活塞杆(6)上且位于环槽(19)左侧呈锥形，用于防止限压阀(5)启动时阻尼力发生突变。