CN105387120B - 一种用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，包括外缸筒、内缸筒、活塞杆、活塞组件以及机轮轴底座，外缸筒的顶部同轴密封安装端盖，外缸筒下端部内同轴滑动安装内缸筒，内缸筒的下端部螺纹安装机轮轴底座，内、外缸筒内同轴安装活塞杆，活塞杆的上端部与端盖固装在一起，该活塞杆的下端部安装活塞组件，该活塞组件的外缘与内缸筒的内壁摩擦接触。本发明在现有飞机起落架缓冲器结构基础上，增加了能应用磁流变液技术的活塞组件，使得减震器结构简单、能耗低、体积小、响应快其输出阻尼力连续变化可调且可逆，通过与计算机、优化控制算法、传感器、控制器、电源相结合实现闭环的半主动控制，提高了减震器的缓冲效率和减震效果。

Description

一种用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器

技术领域

本发明属于飞机配件领域，涉及一种可实现半主动控制的用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器。

背景技术

飞机起落架作为飞机结构中的重要部件，承受着当飞机与地面接触时产生的静、动载荷，吸收和消耗飞机在着陆、跑道滑行等地面运动时所产生的能量。飞机起落架在减缓飞机振动、降低飞机结构承受地面传递的载荷、提高乘员舒适度、保证飞机飞行安全等方面发挥着及其重要的作用。

目前，大多数现代飞机起落架使用油气式减震器。油气减震器通过油液流经节流孔耗能来实现减震，通过调节孔径的大小而改变油液流量多少来调节阻尼系数，输出阻尼力的大小随减震器行程的改变而改变。在应对较大冲击载荷时须通过增大节流口和增大活塞的行程来实现，这将使得起落架的质量增加。另外，油气式减震器对外载荷而输出阻尼力的振动控制响应是被动的，这就降低了其减震的缓冲性能和减震效果。

磁流变液是一种在外加磁场作用下其黏度、塑性等流变特性发生急剧变化的智能材料。其基本特征是在外加磁场作用下能在瞬间从自由流动的液体转变成半固体，呈现可控的屈服强度，而且这种变化是可逆的。磁流变阻尼器作为一种结构简单、能耗低、阻尼力可调、可控性强、响应速度快而成为汽车制造、机电工程、建筑工程、医疗器械、土木工程等领域的一种高性能半主动控制装置。

磁流变减震器的受控参数主要为流体的粘度，随不同的磁场场强可实现连续变化的粘度值，从而获得连续可调的输出阻尼力。变化的磁场靠外加电流的线圈激励产生，如与传感器、控制器相结合，可实现减震系统的半主动控制，从而实现随外在振动激励的变化输出与之相匹配的阻尼力。对于低耗能、小质量且能输出大阻尼力的磁流变减震器应用于飞机起落架无疑是很有前景的。

早在2012年10月，我大学向中国专利局提交过一件名称为：一种带油针的线圈内置式磁流变减震器，公开号为CN1O2927191A的中国专利申请文件，该专利包括缸筒(1)、上端盖(2)、下端盖(3)、活塞杆(4)、节流盘(5)、导向盘(6)、活塞(7)和锥形变截面油针(8)。

经过多年的研制与改进，我大学研制了一款结构简单、密封性好、输出阻尼力变化范围大且可调的用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，改进现有磁流变减震器的结构，提供一种用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，该减震器降低了机体地面冲击载荷、提升减震效率、提高乘坐舒适度和震动控制的智能化。

本发明的方案是这样实现的：

一种用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，包括外缸筒、内缸筒、活塞杆、活塞组件以及机轮轴底座，所述外缸筒的顶部同轴密封安装端盖，该外缸筒下端部内同轴滑动安装内缸筒，该内缸筒的下端部螺纹安装机轮轴底座，所述内、外缸筒内同轴安装活塞杆，该活塞杆的上端部与端盖固装在一起，该活塞杆的下端部安装活塞组件，该活塞组件的外缘与内缸筒的内壁摩擦接触；

所述外缸筒的下端部外缘同轴安装套环，该套环与机轮轴底座之间铰装一对扭力臂，对应该扭力臂的套环另一侧面一体制有凸耳，所述外缸筒的上端部对称制有与飞机连接的吊架，该吊架下方的外缸筒固装斜撑杆支座。

而且，所述活塞杆为阶梯轴结构，该活塞杆由上至下同轴制有中心盲孔，该中心盲孔底部与活塞杆径向制有的径向孔连通在一起，该中心盲孔和径向孔用于穿装导线。

而且，所述内缸筒的顶部为法兰结构，该内缸筒顶部法兰盘圆周均布制有多个圆孔，相邻两个圆孔之间同圆周制有螺纹孔。

而且，所述圆孔为四个，螺纹孔为四个。

而且，所述活塞组件为对称结构，包括导磁套环、磁芯、线圈以及导向隔磁环，所述活塞杆的下端部同轴密封安装相向对称设置的导磁套环，两个导磁套环之间同轴密封安装导向隔磁环，该导磁套环及导向隔磁环内的活塞杆上同轴固装磁芯，该磁芯外缘同轴缠绕线圈，该磁芯上端部制有与活塞杆径向孔连通的导线槽；

所述导向隔磁环外缘与内缸筒内壁摩擦接触，该导向隔磁环的环壁同轴向圆周均布制有多个扇形孔，形成扇形孔式阻尼通道。

所述导磁套环外缘与内缸筒内壁之间形成一定的间隙，该导磁套环的外缘同轴制有多个间隔均布的环形凹槽，形成环形阻尼通道。

而且，所述扇形孔的夹角α为35度，宽度1mm。

而且，所述间隙为1mm。

而且，所述导磁套环的环形凹槽为三个，该环形凹槽的深度为1mm，宽度为2mm，相邻两个环形凹槽的宽度为2mm。

而且，所述扇形孔为四个。

而且，所述外缸筒与端盖之间、端盖与活塞杆之间、外缸筒内壁与内缸筒上端法兰外缘之间、导向隔磁环与内缸筒之间均安装O型圈；导磁套环与活塞杆端面之间、导磁套环与导向隔磁环之间同轴安装密封垫片；外缸筒下端内壁与内缸筒外壁之间使用两个O型圈中间夹有橡胶导向环的动密封。

本发明的优点和积极效果是：

1、本减震器的阻尼力具有多种调节方式，一是在无外加磁场或外加磁场较弱时，导磁套环的环形凹槽能够充分发挥磁流变液的流动性能，降低粘滞力，减少磁流变液的沉降和淤积，防止气泡产生；二是通过调节输入电流来改变阻尼通道间隙处磁流变液的剪切屈服强度，实现调节减震器阻尼力的目的。阻尼通道是由环形阻尼通道与导向隔磁环上的扇形孔式阻尼通道串联而成，且环形槽式阻尼通道结构设计时确保没有磁场通过，而两端环形阻尼通道通过外加磁场来调节流经此处磁流变液的粘度，从而增大减震器阻尼力。

2、本发明既能保证零磁场条件下的最小阻尼，又可增大减震器的阻尼力的调节范围。通过导磁套环的结构设计改变了磁通流动方式，使阻尼通道的有效工作长度利用率显著提高；导向隔磁环的结构设计既能保证在此处没有磁场通过又能起到导向的作用，两者都使得活塞结构更加紧凑。

3、本发明在现有的飞机起落架缓冲器结构的基础上，增加了能应用磁流变液技术的活塞组件，使得减震器结构简单、能耗低、体积小、响应快其输出阻尼力连续变化可调且可逆。并通过与计算机、优化控制算法、传感器、控制器、电源相结合实现闭环的半主动控制，提高了减震器的缓冲效率和减震效果。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是图2的B-B向剖视图；

图4是图3中I部放大图；

图5是图2的C-C向剖视图；

图6是图4的D-D向剖视图；

图7是本发明的立体图。

附图标记说明：

1-吊架、2-斜撑杆支座、3-外缸筒、4-扭力臂、5-机轮轴底座、5A-定位销、6-活塞杆、6A-平槽、6B-中心盲孔、6C-径向孔、7-内缸筒、7A-圆孔、7B-螺纹孔、8-套环、8A-凸耳、9-活塞组件、10-端盖、11-导磁套环、11A-环形凹槽、12-磁芯、12A-导向槽、13-线圈、14-导向隔磁环、14A-扇形孔、15-磁力线。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述。

一种用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，如图1至图3所示，包括外缸筒3、内缸筒7、活塞杆6、活塞组件以及机轮轴底座5，所述外缸筒的顶部为法兰结构，其顶部密封安装端盖10，该外缸筒下端部内同轴滑动安装内缸筒，该内缸筒的下端部螺纹安装机轮轴底座，所述内、外缸筒内同轴安装活塞杆，该活塞杆的上端部通过螺母同轴固装在端盖下方，该活塞杆的下端部安装活塞组件，该活塞组件的外缘与内缸筒的内壁摩擦接触。所述外缸筒的下端部外缘同轴安装套环8，该套环与机轮轴底座之间铰装一对扭力臂4，对应该扭力臂的套环另一侧面一体制有用于安装减摆器的凸耳8A。所述外缸筒的上端部对称制有与飞机连接的吊架1，该吊架下方的外缸筒固装斜撑杆支座2。外缸筒上腔为高压氮气，下腔和内缸筒充满磁流变液，由内缸筒轴向运动引起的体积变化由高压氮气体积的变化来补偿。

本实施例中，所述活塞杆为阶梯轴结构，如图3、图4所示，该活塞杆由上至下同轴制有中心盲孔6B，该中心盲孔底部与活塞杆径向制有的径向孔6C连通在一起，该中心盲孔和径向孔用于穿装导线。所述活塞杆中部对称制有平槽6A，该平槽的作用为：在装配端盖和活塞组件后，使得夹具有效装卡活塞杆，便于螺母紧固端盖和活塞组件。

所述内缸筒的顶部为法兰结构，如图5所示，该内缸筒顶部法兰盘圆周均布制有四个圆孔7A，相邻两个圆孔之间同圆周制有螺纹孔7B。在实际操作中，可根据飞机起落架所受载荷不同，用螺钉堵住一个或多个螺纹孔，从而调节初始阻尼力的大小。

所述活塞组件为对称的结构，如图4所示，包括导磁套环11、磁芯12、线圈13以及导向隔磁环14，所述活塞杆的下端部同轴密封安装相向对称设置的导磁套环，两个导磁套环之间同轴密封安装导向隔磁环，该导磁套环及导向隔磁环内的活塞杆上同轴固装磁芯，该磁芯外缘同轴缠绕线圈，该磁芯上端部制有与活塞杆径向孔连通的导线槽12A。

所述导向隔磁环外缘与内缸筒内壁摩擦接触，该导向隔磁环的环壁同轴向圆周均布制有四个扇形孔14A，形成扇形孔式阻尼通道，如图6所示，每个扇形孔的夹角α为35度，宽度1mm。

所述导磁套环外缘与内缸筒内壁之间的间隙H为1mm，所述导磁套环的外缘同轴制有多个间隔均布的环形凹槽11A，形成环形阻尼通道。本实施例附图4中的环形凹槽为三个，该环形凹槽的深度为1mm，宽度为2mm，相邻两个环形凹槽的宽度为2mm。该环形凹槽的作用是能够充分发挥磁流变液的流动特性，降低粘滞力，减少磁流变液的沉降和淤积，防止气泡产生。

为了提高本减震器的气动液压密封性能，所述外缸筒与端盖之间、端盖与活塞杆之间、外缸筒内壁与内缸筒上端法兰外缘之间、导向隔磁环与内缸筒之间均安装O型圈进行密封；导磁套环与活塞杆端面之间、导磁套环与导向隔磁环之间同轴安装密封垫片；外缸筒下端内壁与内缸筒外壁之间使用两个O型圈中间夹有橡胶导向环的动密封形式。

为防止机轮摆动而引起机轮轴底座与内缸筒螺纹连接处松动，故在其两部件径向配作一个销孔，用定位销5A固接，如图3所示。

本发明中的阻尼通道是由对称的环形阻尼通道(环形阻尼通道：是在活塞组件长度范围内，内缸筒内壁与导磁套环外缘之间形成的环形缝隙)与导向隔磁环上的扇形孔式阻尼通道串联而成，且扇形孔式阻尼通道结构设计时应确保没有磁场通过，而两端环形阻尼通道通过外加磁场来调节流经此处磁流变液的粘度。

本发明的工作原理阐述如下：

当活塞杆上端中心盲孔引出的导线施加电流后，线圈产生的总磁通在流经活塞组件两端时发生分流，如图3所示，一部分磁通直接在活塞组件边缘处通过阻尼通道流向缸壁，另一部分磁通首先流向导磁套环，再经由导磁套环流向缸壁，形成磁通回路磁力线15，如图4中虚线所示。按照上述磁通流动方式，使得阻尼通道的有效工作长度基本覆盖活塞全长，充分利用了有效阻尼通道。

当飞机在起飞或着陆滑跑过程中，起落架减震器受到机身载重和地面施加的合力使得内外缸筒间相互运动。由于活塞杆通过端盖与外缸筒固接，活塞组件相对于内缸筒滑动，活塞组件的位移变化带动了内缸筒内磁流变液的流动，活塞组件上、下两端的磁流变液通过导向隔磁环上的扇形孔式阻尼孔往复流动。当线圈通电时，在导磁套环外缘与内缸筒内壁形成的阻尼通道内产生垂直于磁流变液流动方向的磁场。在磁流变液流经导磁套环时，由于磁流变液本身的特性，其在磁场下黏度变大，在流经导向隔磁环上的扇形孔时节流会产生较大的阻尼力。通过变化电流在阻尼通道内产生变化的磁场，进而输出变化的阻尼力，这种变化是连续可调且可逆的。本减震器再与传感器、控制器和电源相结合，从而实现闭环的智能控制。

本发明的有益效果是：

1、本减震器的阻尼力具有多种调节方式，一是在无外加磁场或外加磁场较弱时，导磁套环的环形凹槽能够充分发挥磁流变液的流动性能，降低粘滞力，减少磁流变液的沉降和淤积，防止气泡产生；二是通过调节输入电流来改变阻尼通道间隙处磁流变液的剪切屈服强度，实现调节减震器阻尼力的目的。阻尼通道是由环形阻尼通道与导向隔磁环上的扇形孔式阻尼通道串联而成，且环形槽式阻尼通道结构设计时确保没有磁场通过，而两端环形阻尼通道通过外加磁场来调节流经此处磁流变液的粘度，从而增大减震器阻尼力。

2、本发明既能保证零磁场条件下的最小阻尼，又可增大减震器的阻尼力的调节范围。通过导磁套环的结构设计改变了磁通流动方式，使阻尼通道的有效工作长度利用率显著提高；导向隔磁环的结构设计既能保证在此处没有磁场通过又能起到导向的作用，两者都使得活塞结构更加紧凑。

3、本发明在现有的飞机起落架缓冲器结构的基础上，增加了能应用磁流变液技术的活塞组件，使得减震器结构简单、能耗低、体积小、响应快其输出阻尼力连续变化可调且可逆。并通过与计算机、优化控制算法、传感器、控制器、电源相结合实现闭环的半主动控制，提高了减震器的缓冲效率和减震效果。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，其特征在于：包括外缸筒、内缸筒、活塞杆、活塞组件以及机轮轴底座，所述外缸筒的顶部同轴密封安装端盖，该外缸筒下端部内同轴滑动安装内缸筒，该内缸筒的下端部螺纹安装机轮轴底座，所述内、外缸筒内同轴安装活塞杆，该活塞杆的上端部与端盖固装在一起，该活塞杆的下端部安装活塞组件，该活塞组件的外缘与内缸筒的内壁摩擦接触；

所述外缸筒的下端部外缘同轴安装套环，该套环与机轮轴底座之间铰装一对扭力臂，对应该扭力臂的套环另一侧面一体制有凸耳，所述外缸筒的上端部对称制有与飞机连接的吊架，该吊架下方的外缸筒固装斜撑杆支座；

所述活塞组件为对称结构，包括导磁套环、磁芯、线圈以及导向隔磁环，所述活塞杆的下端部同轴密封安装相向对称设置的导磁套环，两个导磁套环之间同轴密封安装导向隔磁环，该导磁套环及导向隔磁环内的活塞杆上同轴固装磁芯，该磁芯外缘同轴缠绕线圈，该磁芯上端部制有与活塞杆径向孔连通的导线槽；

所述导向隔磁环外缘与内缸筒内壁摩擦接触，该导向隔磁环的环壁同轴向圆周均布制有多个扇形孔，形成扇形孔式阻尼通道；

所述导磁套环外缘与内缸筒内壁之间形成间隙，该导磁套环的外缘同轴制有多个间隔均布的环形凹槽，形成环形阻尼通道。

2.根据权利要求1所述的用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，其特征在于：所述活塞杆为阶梯轴结构，该活塞杆由上至下同轴制有中心盲孔，该中心盲孔底部与活塞杆径向制有的径向孔连通在一起。

3.根据权利要求1所述的用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，其特征在于：所述内缸筒的顶部为法兰结构，该内缸筒顶部法兰盘圆周均布制有多个圆孔，相邻两个圆孔之间同圆周制有螺纹孔。

4.根据权利要求3所述的用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，其特征在于：所述圆孔为四个，螺纹孔为四个。

5.根据权利要求1所述的用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，其特征在于：所述扇形孔的夹角为35度，宽度1mm，所述间隙为1mm。

6.根据权利要求1所述的用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，其特征在于：所述导磁套环的环形凹槽为三个，该环形凹槽的深度为1mm，宽度为2mm，相邻两个环形凹槽的宽度为2mm。

7.根据权利要求1所述的用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，其特征在于：所述扇形孔为四个。

8.根据权利要求1所述的用于飞机起落架的单作动式磁流变减震器，其特征在于：所述外缸筒与端盖之间、端盖与活塞杆之间、外缸筒内壁与内缸筒上端法兰外缘之间、导向隔磁环与内缸筒之间均安装O型圈；导磁套环与活塞杆端面之间、导磁套环与导向隔磁环之间同轴安装密封垫片；外缸筒下端内壁与内缸筒外壁之间使用两个O型圈中间夹有橡胶导向环的动密封。