CN107719647A - 高可靠性无人机起落架收放系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高可靠性无人机起落架收放系统，属于无人机设计技术领域。所述的收放系统包括一套起落架收放机构和一套起落架收放锁止机构。所述的起落架收放机构包括起落架侧板及边框结构、起落架支柱及机轮总成、起落架支柱收放摇臂、起落架支柱收放作动气缸、起落架撑杆万向节、起落架上撑杆和起落架下撑杆；所述的起落架收放锁止机构包括起落架下位锁气缸、起落架下位锁三角、起落架下位锁锁舌、起落架上位锁外壳、起落架上位锁气缸、起落架上位锁锁舌和起落架上位锁锁钩。该起落架收放系统具有结构紧凑、受力形式合理、非作动状态下无需驱动力保持、无气压放下可自行锁定等优点。

Description

高可靠性无人机起落架收放系统

技术领域

本发明属于无人机设计技术领域，具体涉及一种无人机起落架收放系统。

背景技术

起落架是飞机用于起飞、降落或者在地面上滑行时支撑飞机，并且用于地面移动的附件装置。随着飞机飞行速度的提高，为减小飞机飞行时的空气阻力，起落架被设计成可收放的形式。当飞机在空中飞行时，起落架收起到机体内部，可以大大降低飞机的迎风阻力，改善飞机气动性能以及飞行性能。相比固定式起落架，可收放起落架尽管增加了飞机的重量，使飞机结构设计复杂化了，但提高了飞行时的效率，是现代飞机常见的配置。

无人机相比有人驾驶飞机，具有危险性小，起降条件要求低，使用成本低等优点。随着微电子技术的进步，无人机呈现快速发展的趋势。大部分小型无人机由于其飞行速度较低，通常采用固定式起落架。而对于具有很高飞行速度，对于飞行性能要求苛刻的无人机，则需要采用可收放式起落架。起落架收放系统，不仅需要在放下位置时，保证起落架具备足够的结构强度以应对来自地面的冲击载荷，而且需要在收起时尽可能少的占用机体内部空间，同时收放过程顺畅可靠。

由于无人机相比有人驾驶飞机重量较轻，结构简单，故无人机上常见的起落架收放系统通常比较简单。从起落架收放作动驱动能源类型上，可分为电动式和高压气体式；从作动机构类型上，可分为舵机摇臂式、直线舵机式和气缸活塞式。这类起落架收放系统，其在收起和放下位置的锁止机构，均为靠近转轴部分的卡销机构；起落架收放系统和机体的安装连接形式，均为靠近转轴的单一安装座，和机体通过螺栓连接。虽然这种具有此类锁止机构和安装方式的起落架收放系统，具有重量轻，占用空间小的优点，但其在承受来自地面的水平载荷时，会在转轴处产生一个很大的附加弯矩。这个附加弯矩需要靠近转轴处的锁止机构和安装座，传递给飞机机体。由于承力部件距离转轴力臂较小，会产生很大的集中受力，由于集中受力部分需要具有足够的强度及表面硬度，因此会导致非常大的结构重量；锁止机构的间隙，也会使起落架本身产生明显的虚位和晃动。所以这种类型起落架不适用于具有较大起飞重量的无人机。这类起落架收放系统，电动式由于驱动力有限，通常仅能用于小型飞机；高压气体式由气缸产生驱动力，但其在收起位置和放下位置均需要保持高压气体接通才能保持状态，无气压时则不能保持相应状态。

发明内容

本发明针对起飞重量大、飞行速度高的无人机对于高可靠性起落架收放系统的需求，提出了一种可适用于这类无人机的起落架收放系统。该起落架收放系统具有结构紧凑、受力形式合理、非作动状态下无需驱动力保持、无气压放下可自行锁定等优点。该起落架收放系统驱动力来源于储存在高压气瓶内的压缩空气。

本发明提供的无人机起落架收放系统，主要包括一套起落架收放机构和一套起落架收放锁止机构。

所述的起落架收放机构包括：起落架侧板及边框结构、起落架支柱及机轮总成、起落架支柱收放摇臂、起落架支柱收放作动气缸、起落架撑杆万向节、起落架上撑杆和起落架下撑杆。

所述的起落架收放锁止机构包括：起落架下位锁气缸、起落架下位锁三角、起落架下位锁锁舌、起落架上位锁外壳、起落架上位锁气缸、起落架上位锁锁舌和起落架上位锁锁钩。

所述的起落架收放机构，包括：起落架侧板及边框结构、起落架支柱及机轮总成、起落架支柱收放摇臂、起落架支柱收放作动气缸、起落架撑杆万向节、起落架上撑杆和起落架下撑杆；所述的起落架侧板及边框结构固定连接在无人机机体上；起落架支柱和机轮总成通过两根在同一直线上的转轴与起落架侧板及边框结构连接，可围绕转轴收起和放下；起落架支柱收放摇臂与起落架支柱及机轮总成固连；起落架支柱收放作动气缸一端与起落架侧板及边框结构转动连接，另一端与起落架支柱收放摇臂转动连接，其伸长和缩短可驱动起落架支柱及机轮总成收起和放下。起落架撑杆万向节有两个，分别位于起落架支柱及机轮总成和起落架侧板及边框结构上，可在安装孔内转动；起落架上撑杆和起落架下撑杆通过销轴A连接在一起，起落架上撑杆另一端和位于起落架侧板及边框结构上的起落架撑杆万向节通过销轴B连接，起落架下撑杆另一端和位于起落架支柱及机轮总成上的起落架撑杆万向节通过销轴C连接；

所述的起落架收放锁止机构，包括：起落架下位锁气缸、起落架下位锁三角、起落架下位锁锁舌、起落架上位锁外壳、起落架上位锁气缸、起落架上位锁锁舌和起落架上位锁锁钩；起落架下位锁三角和起落架下位锁锁舌通过销轴D连接，二者位于起落架下撑杆和起落架上撑杆的连接位置；起落架下位锁三角和起落架下撑杆通过销轴E连接，起落架下位锁锁舌和起落架上撑杆通过销轴F连接；起落架下位锁气缸缸体一头和起落架下撑杆通过销轴G连接，活塞杆一头和起落架下位锁三角通过销轴H连接；起落架上位锁锁舌和起落架上位锁锁钩分别通过销轴I和销轴J安装在起落架上位锁外壳内，分别可围绕销轴I和销轴J转动；起落架上位锁气缸安装在起落架上位锁外壳上，起落架上位锁气缸的活塞杆正对着起落架上位锁锁舌，可推动起落架上位锁锁舌转动；起落架上位锁外壳和起落架侧板和边框结构固连。

本发明的优点和有益效果在于：

1.起落架收放系统受力结构合理。在起落架放下并锁定的状态下，有撑杆连接起落架支柱和飞机本体，构成了三角形稳定结构，更有利于承受起落架的着陆载荷。同时和飞机本体有两个连接点，避免了常见的单连接点无人机起落架根部集中受弯，也避免了起落架减震支柱受弯，其受力形式更为合理。

2.该起落架收放系统采用单一高压气体为动力源。该系统采用储存在高压气瓶内的压缩空气作为起落架收放、舱门开关、上位锁下位锁锁定解锁的动力源，具有体积小，重量轻，系统简洁的优点。同时高压气体动力源推动力强，该起落架收放系统可适用于起飞重量从几十公斤到几百公斤的无人机，应用范围宽广。

3.该起落架收放系统作动灵活，锁定可靠，无需驱动力保持锁定状态。该起落架收放过程中撑杆系统由万向节保持单一的自由度，收放灵活自如。系统在收起的锁定位置和放下的锁定位置，无需通入高压气体，具有较好的可靠性和安全性。

附图说明

图1起落架收放系统放下锁定状态示意图。

图2起落架收放系统放下锁定状态示意图(隐藏左侧板以便于展示内部构造)。

图3起落架收放系统收起锁定状态示意图。

图4起落架上位锁细节图。

图5起落架下位锁细节图。

图6A、6B、6C分别为起落架收放系统收起过程中收放系统整体状态、起落架上位锁状态和下位锁状态示意图。

图7A、7B、7C分别为起落架收放系统半放下/半收起作动过程中收放系统整体状态、上位锁状态和下位锁状态示意图。

图8A、8B、8C分别为起落架收放系统放下作动过程中收放系统整体状态、上位锁状态和下位锁状态示意图。

图中：

10.起落架收放机构；11.起落架侧板及边框结构；12.起落架支柱及机轮总成；

13.起落架支柱收放摇臂；14.起落架支柱收放作动气缸；15.起落架撑杆万向节；

16.起落架上撑杆；17.起落架下撑杆；20.起落架收放锁止机构；

21.起落架下位锁气缸；22.起落架下位锁三角；23.起落架下位锁锁舌；

24.起落架上位锁外壳；25.起落架上位锁气缸；26.起落架上位锁锁舌；

27.起落架上位锁锁钩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供一种高可靠性无人机起落架收放系统，应用在无人机上可以在地面滑行、起飞、着陆时使起落架牢固可靠的锁定在放下位置；在空中巡航阶段可以使起落架可靠的锁定在收起位置；起飞之后及着陆之前可以使起落架顺畅的收起或放下；在无气压状态下起落架在重力的作用下也放下并锁定在放下位置。

如图1、图2和图3所示，本发明提供的高可靠性无人机起落架收放系统，主要包括一套起落架收放机构和一套起落架收放锁止机构。

所述的起落架收放机构，包括：起落架侧板及边框结构11、起落架支柱及机轮总成12、起落架支柱收放摇臂13、起落架支柱收放作动气缸14、起落架撑杆万向节15、起落架上撑杆16和起落架下撑杆17。

所述的起落架侧板及边框结构11是整个起落架收放系统结构与无人机机体的连接基础结构，固定连接在无人机机体上；起落架支柱和机轮总成12，通过两根在同一直线上的转轴与起落架侧板及边框结构11连接，可围绕转轴收起和放下；起落架支柱收放摇臂13与起落架支柱及机轮总成12固连；起落架支柱收放作动气缸14一端与起落架侧板及边框结构11转动连接，另一端与起落架支柱收放摇臂13转动连接，其伸长和缩短可驱动起落架支柱及机轮总成12收起和放下。起落架撑杆万向节15有两个，分别位于起落架支柱及机轮总成12和起落架侧板及边框结构11上，可在安装孔内转动。起落架上撑杆16和起落架下撑杆17通过销轴A连接在一起，起落架上撑杆16另一端和位于起落架侧板及边框结构11上的起落架撑杆万向节15通过销轴B连接，起落架下撑杆17另一端和位于起落架支柱及机轮总成12上的起落架撑杆万向节通过销轴C连接。

所述的起落架收放锁止机构，包括：起落架下位锁气缸21、起落架下位锁三角22、起落架下位锁锁舌23、起落架上位锁外壳24、起落架上位锁气缸25、起落架上位锁锁舌26和起落架上位锁锁钩27。

所述的起落架收放锁止机构各零件连接形式：如图4和图5所示，起落架下位锁三角22和起落架下位锁锁舌23通过销轴D连接，二者位于起落架下撑杆17和起落架上撑杆16的连接位置。起落架下位锁三角22和起落架下撑杆17通过销轴E连接，起落架下位锁锁舌23和起落架上撑杆16通过销轴F连接。起落架下位锁气缸21缸体一头和起落架下撑杆17通过销轴G连接，活塞杆一头和起落架下位锁三角22通过销轴H连接。如图4所示，起落架上位锁锁舌26和起落架上位锁锁钩27分别通过销轴I和销轴J安装在起落架上位锁外壳24内，分别可围绕销轴I和销轴J转动，二者还通过一根弹簧连接以便相互驱动。起落架上位锁气缸25安装在起落架上位锁外壳24上，起落架上位锁气缸25的活塞杆正对着起落架上位锁锁舌26，可推动起落架上位锁锁舌26转动。起落架上位锁外壳24和起落架侧板和边框结构11固连。

飞机着陆前，起落架收放系统执行起落架放下动作。起落架收放系统从收起的锁止位置到放下的锁止位置，其状态变化依次为图6A、图7A和图8A所示。各机构具体工作原理阐述按顺序如下。

起落架收放机构及起落架收放锁止机构：从如图6B所示的状态开始，起落架上位锁气缸25在气压的作用下伸长并推动起落架上位锁锁舌26，使起落架上位锁锁钩27可以脱开锁定位置，整个上位锁系统解锁，如图7B和图8B所示。起落架收放作动气缸14在气压的作用下收缩，拉动起落架支柱及机轮总成12放下到起落架上撑杆16和起落架下撑杆17完全展开。整个过程如依次如图6C、图7C所示。起落架下位锁气缸21在气压的作用下伸长，推动起落架下位锁三角22和起落架下位锁锁舌23达到展开的锁定位置，同时也使起落架上撑杆16和起落架下撑杆17保持在展开的锁定位置，如图8C所示。完全展开锁止之后，可解除气压输入。

所述的起落架下位锁气缸21、起落架上位锁气缸25和起落架收放作动气缸14采用的是同一个高压气源。

起落架下位锁气缸21的活塞杆端和气缸本体之间安置有一个弹簧，其作用是使起落架下位锁气缸21在无气压输入时，在弹簧压力的作用下，保持在伸长位置，使起落架下位锁三角22、起落架下位锁锁舌23保持在展开的锁定位置。这两个零件在展开的锁死位置时，可同时使起落架上撑杆16、起落架下撑杆17锁定在展开位置，成为起落架的撑杆，保持起落架锁定在放下位置。起落架支柱及机轮总成12在两级连杆机构锁定位置及弹簧弹力的保持下，可以在各个作动气缸无气压状态下保持牢固的放下位置。同理，在起落架仅利用重力应急放下时，起落架下位锁系统仍然可以使起落架牢固保持在锁定位置。

飞机起飞离地后，起落架收放系统执行起落架收起动作。起落架收放系统从放下的锁止位置到收起的锁止位置，其状态变化依次为图8A、图7A和图6A所示。各个机构具体工作原理按顺序阐述如下。

起落架收放机构及起落架收放锁止机构：起落架下位锁气缸21在气压的作用下克服弹簧的弹力收缩，使起落架下位锁三角22、起落架下位锁锁舌23、起落架上撑杆16、起落架下撑杆17脱离连杆死点位置状态变化依次如图8C和图7C所示。同时起落架收放作动气缸14在气压的作用下收缩，拉动起落架支柱及机轮总成12向上旋转收起。当起落架支柱及机轮总成12末端的螺丝撞击到起落架上位锁锁钩27时，起落架上位锁锁舌26被拉动并钩住起落架上位锁锁钩27，整个上位锁系统达到锁定状态，如图6B所示，此时可解除气压输入。

Claims (4)

1.高可靠性无人机起落架收放系统，其特征在于：包括一套起落架收放机构和一套起落架收放锁止机构；

所述的起落架收放机构包括：起落架侧板及边框结构、起落架支柱及机轮总成、起落架支柱收放摇臂、起落架支柱收放作动气缸、起落架撑杆万向节、起落架上撑杆和起落架下撑杆。

所述的起落架收放锁止机构包括：起落架下位锁气缸、起落架下位锁三角、起落架下位锁锁舌、起落架上位锁外壳、起落架上位锁气缸、起落架上位锁锁舌和起落架上位锁锁钩。

所述的起落架收放机构，包括：起落架侧板及边框结构、起落架支柱及机轮总成、起落架支柱收放摇臂、起落架支柱收放作动气缸、起落架撑杆万向节、起落架上撑杆和起落架下撑杆；所述的起落架侧板及边框结构固定连接在无人机机体上；起落架支柱和机轮总成通过两根在同一直线上的转轴与起落架侧板及边框结构连接，可围绕转轴收起和放下；起落架支柱收放摇臂与起落架支柱及机轮总成固连；起落架支柱收放作动气缸一端与起落架侧板及边框结构转动连接，另一端与起落架支柱收放摇臂转动连接，其伸长和缩短可驱动起落架支柱及机轮总成收起和放下。起落架撑杆万向节有两个，分别位于起落架支柱及机轮总成和起落架侧板及边框结构上，可在安装孔内转动；起落架上撑杆和起落架下撑杆通过销轴A连接在一起，起落架上撑杆另一端和位于起落架侧板及边框结构上的起落架撑杆万向节通过销轴B连接，起落架下撑杆另一端和位于起落架支柱及机轮总成上的起落架撑杆万向节通过销轴C连接；

所述的起落架收放锁止机构，包括：起落架下位锁气缸、起落架下位锁三角、起落架下位锁锁舌、起落架上位锁外壳、起落架上位锁气缸、起落架上位锁锁舌和起落架上位锁锁钩；起落架下位锁三角和起落架下位锁锁舌通过销轴D连接，二者位于起落架下撑杆和起落架上撑杆的连接位置；起落架下位锁三角和起落架下撑杆通过销轴E连接，起落架下位锁锁舌和起落架上撑杆通过销轴F连接；起落架下位锁气缸缸体一头和起落架下撑杆通过销轴G连接，活塞杆一头和起落架下位锁三角通过销轴H连接；起落架上位锁锁舌和起落架上位锁锁钩分别通过销轴I和销轴J安装在起落架上位锁外壳内，分别可围绕销轴I和销轴J转动；起落架上位锁气缸安装在起落架上位锁外壳上，起落架上位锁气缸的活塞杆正对着起落架上位锁锁舌，可推动起落架上位锁锁舌转动；起落架上位锁外壳和起落架侧板和边框结构固连。

2.根据权利要求1所述的高可靠性无人机起落架收放系统，其特征在于：所述的起落架下位锁气缸、起落架上位锁气缸和起落架收放作动气缸采用的是同一个高压气源。

3.根据权利要求1所述的高可靠性无人机起落架收放系统，其特征在于：起落架下位锁气缸的活塞杆端和气缸本体之间安置有一个弹簧，其作用是使起落架下位锁气缸在无气压输入时，在弹簧压力的作用下，保持在伸长位置，使起落架下位锁三角、起落架下位锁锁舌保持在展开的锁定位置。

4.根据权利要求1所述的高可靠性无人机起落架收放系统的收放方法，其特征在于：所述方法包括起落架收起方法和起落架放下方法，所述的放下方法为：

起落架上位锁气缸在气压的作用下伸长并推动起落架上位锁锁舌，使起落架上位锁锁钩脱开锁定位置，整个上位锁系统解锁；起落架收放作动气缸在气压的作用下收缩，拉动起落架支柱及机轮总成放下到起落架上撑杆和起落架下撑杆完全展开；起落架下位锁气缸在气压的作用下伸长，推动起落架下位锁三角和起落架下位锁锁舌达到展开的锁定位置，同时也使起落架上撑杆和起落架下撑杆保持在展开的锁定位置，完全展开锁止之后，解除气压输入；

所述的收起方法为：起落架下位锁气缸在气压的作用下克服弹簧的弹力收缩，使起落架下位锁三角、起落架下位锁锁舌、起落架上撑杆、起落架下撑杆脱离连杆死点位置；同时起落架收放作动气缸在气压的作用下收缩，拉动起落架支柱及机轮总成向上旋转收起；当起落架支柱及机轮总成末端的螺丝撞击到起落架上位锁锁钩时，起落架上位锁锁舌被拉动并钩住起落架上位锁锁钩，整个上位锁系统达到锁定状态，此时解除气压输入。