CN105836110A - 一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置，采用选材为碳纤维树脂基复合材料的箱型梁结构代替了原有的双侧板加内侧支撑件的结构，在箱型梁结构上表面从前到后依次开五个方形孔，分别作为前轮轮轴连接件、前轮舵机、立尾前连接件、立尾后连接件、方向舵舵机的安装位置。前轮通过轮叉轮轴与起落架相连接，用于控制转向，后轮通过后轮轮架与起落架下表面相连接，用于承受飞机重量，起落架整体通过前后立尾连接件与立尾相连。相比于原先设计，起落架主体抗压、抗拉、抗扭性能更好，充分提高横向稳定性，以及对滑行轨迹的控制能力，而且起落架主体一体化成型，减少了连接件与连接螺丝的使用，并在强度富余的部位打上多个减轻孔进一步减重。

Description

一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置

技术领域

本发明涉及小型无人飞行器起落架结构设计领域，具体为一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置。

背景技术

在无人机的设计过程中，针对起落架，一方面要求其结构重量轻，具体表现在结构设计巧妙、布局合理，材料选择适宜，另一方面还要能承担飞行器降落时所带来的巨大冲击，具体表现在起落架整体结构能够承受住飞行器降落时与地面的冲击载荷。要做到满足无人机对起落架的功能需求和苛刻的重量设计指标，在起落转置的整体设计过程中，要在确保起落架强度和刚度的前提下，力求做到起落架的结构简单，性能完善，并且达到最轻的结构重量。

在某新型无人机的设计过程中，由于该型无人机采用了机身下方带有双立尾，起落架通过立尾连接至机身的结构形式，因此常规的起落架结构形式无法满足设计需求，需要设计一种新型的起落架机构。

针对轮叉和轮轴的连接，传统的设计由于附加的连接件过多，大大增加了轮叉组件的重量。为了减轻重量，在一些设计中将轮叉与轮轴连为一体，从而控制起落架前轮的转动。但由于这里轮叉和轮轴是不同材料，无法通过焊接成为一体，所以必须采用附加的连接件使其固定连接。

针对上述要求，同时为了满足重量指标，初始设计方案(如图1所示)起落架主体部件及轮叉组件中轮叉所采用的材料均为重量较轻的硬铝，而轮轴由于需要承受巨大的冲击载荷，需采用刚性与强度好的45号钢。但在某新型无人机的测试过程中，由于采用该设计方案的起落架强度与刚度不足而导致飞机在滑行过程中出现横向稳定性不佳的现象。

发明内容

针对上述存在的技术问题，满足小型无人飞行器在实际应用中的功能指标，并使其组件重量更轻且具有更优秀的承受冲击载荷的能力，本发明提出了一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置，新起落架用一个选材为碳纤维树脂基复合材料的箱型梁结构代替了原有的双侧板加内侧支撑件的结构，在箱型梁结构上表面从前到后依次开五个方形孔，分别作为前轮轮轴连接件、前轮舵机、立尾前连接件、立尾后连接件、方向舵舵机的安装位置。前轮通过轮叉轮轴与起落架相连接，用于控制转向，后轮通过后轮轮架与起落架下表面相连接，用于承受飞机重量，起落架整体通过前后立尾连接件与立尾相连。为了进一步的减重，在起落架主体上表面及侧表面强度富余位置打上了多个圆形减轻孔。起落架主体及后轮轮架采用了碳纤维复合材料，前轮轮叉和轮轴固定件采用了硬铝材料，与前轮轮叉相连的轮轴则采用了刚性与强度适宜的45号钢。

本发明的技术方案为：

所述一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置，其特征在于：包括起落架主体、前轮、后轮、前轮转向舵机以及前轮轮轴轮叉组件；

所述起落架主体为由碳纤维复合材料一体成型的箱型梁结构；沿起落架前后方向，在箱型梁上表面相应位置开有五个方形孔，分别作为前轮轮轴固定件、前轮转向舵机、前立尾连接件、后立尾连接件及方向舵舵机的安装位置；

前立尾连接件和后立尾连接件安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接，用于与小型无人飞行器机身下方立尾连接；

起落架主体中部下方固定安装有后轮轮架，后轮与后轮轮架通过后轮转轴连接；后轮轮架为碳纤维复合材料；

前轮转向舵机安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接；

所述前轮轮轴轮叉组件包括前轮轮轴、前轮轮轴固定件和轮叉；轮叉和前轮轮轴固定件采用硬铝材料；前轮轮轴采用45号钢；前轮轮轴固定件安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接；前轮转向舵机的舵机连杆通过曲臂与前轮轮轴的端部连接，前轮转向舵机通过舵机连杆和曲臂带动前轮轮轴转动；

前轮轮轴穿过前轮轮轴固定件与轮叉配合；前轮轮轴与轮叉配合的端部设计有圆盘，圆盘面上设计有非圆形凸台，并在凸台端面上开有螺纹孔；轮叉与前轮轮轴配合的连接面上开有与非圆形凸台大小、形状相同的通孔；前轮轮轴与轮叉配合时，非圆形凸台插入所述通孔中，并在所述螺纹孔内安装有带垫片的螺钉，将前轮轮轴与轮叉紧固；轮叉通过前轮转轴与前轮连接；

方向舵舵机安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接；方向舵舵机控制小型无人飞行器机身下方立尾上的方向舵。

进一步的优选方案，所述一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置，其特征在于：后轮轮架与起落架主体下表面之间安装有减震垫片。

进一步的优选方案，所述一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置，其特征在于：在起落架主体上表面及侧表面强度富余位置开有多个圆形减轻孔。

有益效果

本发明的有益效果为：

1、起落架主体采用由碳纤维复合材料一体成型的箱型梁结构，其抗压、抗拉、抗扭性能更好，强度与刚度相比原设计中的内外侧板结构有了大幅度的提高，特别是降落瞬间受到飞机自重带来的冲击载荷及在滑行过程中受到地面冲击时不易变形，可以充分提高横向稳定性，以及对滑行轨迹的控制能力。

2、后轮轮架与起落架主体下表面之间可根据不同的跑道路面质量选装不同材质的减震垫片，提高飞机在不同跑道条件下的减震效果，进一步强化其对不同工作环境的适应性。

3、由于起落架主体箱型梁结构将前轮轮轴固定件、前后舵机和相关控制系统线路包围起来，在遇到突发状况或受到撞击时，能够有效的起到保护的作用，降低损失。

4、起落架主体箱型梁结构在制造时采用一体化成型技术，其结构简单，加工方便，装配便捷，易于维修与部件更换。

5、在减重方面，起落架主体箱型梁结构放弃了原有的硬铝材料而改用碳纤维树脂基复合材料，一体化成型的结构相比原设计结构强度有了一定的提升，也减少了连接件与连接螺丝的使用，同时在强度富余的部位打上多个圆形减轻孔进一步的减重，因此虽然体积相比于原先设计(如图1所示)更大，但重量比原起落架主结构显著降低，这对于飞行器来说是意义重大的。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：原先设计的起落架总体结构图；

其中：1、外侧板；2、内侧板；3、轮叉；4、前轮轮轴；5、前轮；6、后轮；7、前轮轮轴固定件；8、前立尾连接件；9、后立尾连接件；10、前部舵机附件；11、后部舵机附件；12、前轮转向舵机；13、舵机连杆；14、方向舵舵机；15、侧板附件。

图2：本发明起落架总体结构图；

其中：17、起落架主体，18、后轮轮架；

图3：本发明前轮轮轴和轮叉组合示意图；

其中：16、螺钉。

图4：本发明前轮轮轴示意图；

图5：本发明轮叉示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明是针对机身下方带有双立尾的新型小型无人飞行器而改进设计的起落装置，如图2所示。对比图1所示的原先设计，新起落架用一个选材为碳纤维树脂基复合材料的箱型梁结构代替了原有的双侧板加内侧支撑件的结构，在箱型梁结构上表面从前到后依次开五个方形孔，分别作为前轮轮轴连接件、前轮舵机、立尾前连接件、立尾后连接件、方向舵舵机的安装位置。前轮通过轮叉轮轴与起落架相连接，用于控制转向，后轮通过后轮轮架与起落架下表面相连接，用于承受飞机重量，起落架整体通过前后立尾连接件与立尾相连。为了进一步的减重，在起落架主体上表面及侧表面强度富余位置打上了多个圆形减轻孔。起落架主体及后轮轮架采用了碳纤维复合材料，前轮轮叉和轮轴固定件采用了硬铝材料，与前轮轮叉相连的轮轴则采用了刚性与强度适宜的45号钢。

本实施例中用于小型无人飞行器起降装置的改进设计，包括起落架主体17、前轮5、后轮6、前轮转向舵机12以及前轮轮轴轮叉组件。

所述起落架主体为由碳纤维复合材料一体成型的箱型梁结构；沿起落架前后方向，在箱型梁上表面相应位置开有五个方形孔，分别作为前轮轮轴固定件7、前轮转向舵机12、前立尾连接件8、后立尾连接件9及方向舵舵机14的安装位置。

前立尾连接件8和后立尾连接件9安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接，用于与小型无人飞行器机身下方立尾连接，以支承机身。

起落架主体中部下方固定安装有后轮轮架18，后轮轮架与起落架主体下表面之间安装有减震垫片。后轮5为主承重轮，后轮5与后轮轮架18通过后轮转轴连接；后轮轮架为碳纤维复合材料。

前轮转向舵机12安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接，用于控制前轮转向。

所述前轮轮轴轮叉组件包括前轮轮轴4、前轮轮轴固定件7和轮叉3。轮叉和前轮轮轴固定件采用硬铝材料；前轮轮轴采用45号钢。前轮轮轴固定件安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接。前轮转向舵机的舵机连杆通过曲臂与前轮轮轴的端部连接，前轮转向舵机通过舵机连杆和曲臂带动前轮轮轴转动。

前轮轮轴4穿过前轮轮轴固定件7与轮叉3配合；如图3所示，前轮轮轴与轮叉配合的端部设计有圆盘，圆盘面上设计有非圆形凸台，并在凸台端面上开有螺纹孔；轮叉与前轮轮轴配合的连接面上开有与非圆形凸台大小、形状相同的通孔；前轮轮轴与轮叉配合时，非圆形凸台插入所述通孔中，可实现前轮轮轴带动轮叉转动。为了防止飞行器升空或行进中轮叉与轮轴脱离，在所述螺纹孔内安装有带垫片的螺钉16，将前轮轮轴与轮叉紧固；轮叉通过前轮转轴与前轮连接。

这种轮轴轮叉组件的设计方式，相比于传统的在轮轴下端固定一个同材料的并开有个孔的圆形件，再在轮叉上加工一个法兰，并利用四个螺栓及螺帽将轮叉与轮轴下端的圆形钢件固定连接的设计方式，具有更好的强度和更好的工艺性，同时更为重要的是其结构简单，传统结构最少需要四个螺栓及螺帽才能将轮叉与轮轴固定连接，此新型结构只需一个螺栓和垫片即可实现连接，这将大大节省连接件的数量，必将减少起降轮叉组件的重量，这对飞行器来说非常重要。

方向舵舵机安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接；方向舵舵机控制小型无人飞行器机身下方立尾上的方向舵，以控制飞行器飞行中转向。

从功能上来说，本发明起落架主体是由碳纤维树脂基复合材料一体化制成的箱型梁的结构，其抗压、抗拉、抗扭性能更好，强度与刚度相比原设计中的内外侧板结构有了大幅度的提高，特别是降落瞬间受到飞机自重带来的冲击载荷及在滑行过程中受到地面冲击时不易变形，可以充分提高横向稳定性，和对滑行轨迹的控制能力。后轮轮架与起落架主体之间，可根据不同的跑道路面质量选装不同材质的减震垫片，提高飞机在不同跑道条件下的减震效果，进一步强化其对不同工作环境的适应性。由于起落架主体所采用的箱型梁结构将前轮轮轴固定件、前后舵机和控制系统线路包围起来，在遇到突发状况或受到撞击时，能够有效的起到保护的作用，降低损失。起落架主体在制造时采用一体化成型技术，其结构简单，加工方便，装配便捷，易于维修与部件更换。在减重方面，起落架放弃了原有的硬铝材料而改用碳纤维树脂基复合材料，一体化成型的结构相比原设计结构强度有了一定的提升，也减少了连接件与连接螺丝的使用，同时在强度富余的部位打上多个圆形减轻孔进一步的减重，因此虽然采用体积更大的结构形式，但重量比原起落架主结构显著降低了，这对于飞行器来说是意义重大的。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置，其特征在于：包括起落架主体、前轮、后轮、前轮转向舵机以及前轮轮轴轮叉组件；

所述起落架主体为由碳纤维复合材料一体成型的箱型梁结构；沿起落架前后方向，在箱型梁上表面相应位置开有五个方形孔，分别作为前轮轮轴固定件、前轮转向舵机、前立尾连接件、后立尾连接件及方向舵舵机的安装位置；

前立尾连接件和后立尾连接件安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接，用于与小型无人飞行器机身下方立尾连接；

起落架主体中部下方固定安装有后轮轮架，后轮与后轮轮架通过后轮转轴连接；后轮轮架为碳纤维复合材料；

前轮转向舵机安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接；

所述前轮轮轴轮叉组件包括前轮轮轴、前轮轮轴固定件和轮叉；轮叉和前轮轮轴固定件采用硬铝材料；前轮轮轴采用45号钢；前轮轮轴固定件安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接；前轮转向舵机的舵机连杆通过曲臂与前轮轮轴的端部连接，前轮转向舵机通过舵机连杆和曲臂带动前轮轮轴转动；

前轮轮轴穿过前轮轮轴固定件与轮叉配合；前轮轮轴与轮叉配合的端部设计有圆盘，圆盘面上设计有非圆形凸台，并在凸台端面上开有螺纹孔；轮叉与前轮轮轴配合的连接面上开有与非圆形凸台大小、形状相同的通孔；前轮轮轴与轮叉配合时，非圆形凸台插入所述通孔中，并在所述螺纹孔内安装有带垫片的螺钉，将前轮轮轴与轮叉紧固；轮叉通过前轮转轴与前轮连接；

方向舵舵机安装在起落架主体上表面对应的方形孔内，并与起落架主体固定连接；方向舵舵机控制小型无人飞行器机身下方立尾上的方向舵。

2.根据权利要求1所述一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置，其特征在于：

后轮轮架与起落架主体下表面之间安装有减震垫片。

3.根据权利要求1所述一种改进的用于小型无人飞行器的起降装置，其特征在于：

在起落架主体上表面及侧表面强度富余位置开有多个圆形减轻孔。