CN108313322A - 一体化构造液电复合制动航母阻拦机及阻拦系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一体化构造液电复合制动航母阻拦机，包括多组励磁线圈分布式布置的毂式电涡流辅助制动器，毂式电涡流辅助制动器包括定子、侧盖和转子，定子、转子同轴设置，定子位于转子外，侧盖封盖在定子、转子两端，在转子与侧盖之间、转子与定子之间设有互相贯通的冷却液流道，冷却液流道形成液压辅助制动器；本发明克服已有阻拦装置的不足，提供一种功率密度高，结构简单，尺寸小，成本低廉，控制方便，响应速度快，力矩可调的新型液电复合构造航母阻拦机及应用该阻拦机的阻拦系统。

Description

一体化构造液电复合制动航母阻拦机及阻拦系统

技术领域

本发明属于非接触式辅助制动领域，尤其涉及一体化构造液电复合制动航母阻拦机和应用该阻拦机的阻拦系统。

背景技术

现代固定翼舰载机飞行速度约200-300km/h，为使其在长度有限的航母甲板上安全着舰，必须安装航母阻拦装置。该装置还需满足不同吨位的舰载机安全着舰；现有技术中大多数航母采用液压缓冲式阻拦装置，该装置结构复杂，价格昂贵，技术难度大；舰载机着舰偏离正常轨迹，导致钩住的阻拦索两端受力不相等，需要通过调整阻拦索两端阻拦机的输出制动功率来对舰载机进行纠偏。所以对于航母上阻拦系统中的阻拦机来说，需要具备高体积功率密度、扭矩可调、快速响应、价格低廉等多方面优点。

电磁类产品体积功率密度低，要想满足航母上阻拦系统对功率的需求，需要增加产品体积来获取足够的制动功率。现有凸极构造的液冷式电涡流缓速器，申请号为201210061975.6的专利通过增加直径来弥补其制动功率的不足，此类制动器只有外圈工作，内圈空间浪费。电磁类辅助制动器中，多励磁线圈分布的电涡流缓速器(如传统风冷式电涡流缓速器)响应时间快于单励磁线圈分布的电涡流缓速器(如凸极构造的液冷式电涡流缓速器)；对于液力缓速器来说，高速下性能优越，但低速制动功率低，响应时间长，难以及时对力矩进行调整。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一体化构造液电复合制动航母阻拦机，以克服已有阻拦装置的不足，提供一种功率密度高，结构简单，尺寸小，成本低廉，控制方便，响应速度快，力矩可调的新型液电复合构造航母阻拦机及应用该阻拦机的阻拦系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一体化构造液电复合制动航母阻拦机，包括多组励磁线圈分布式布置的毂式电涡流辅助制动器，毂式电涡流辅助制动器包括定子、侧盖和转子，定子、转子同轴设置，定子位于转子外，侧盖封盖在定子、转子两端，在转子与侧盖之间、转子与定子之间设有互相贯通的冷却液流道，冷却液流道形成液压辅助制动器；

优选的，定子为空心圆柱结构，转子设置在定子内中心轴处，定子内壁周向均布定子磁极，定子磁极上缠绕励磁线圈，相邻的两定子磁极、相应的转子部分与两者之间的气隙/间隙产生闭合磁路；在定子内还设有线圈密封板，线圈密封板密封固定励磁线圈于定子内壁；

优选的，定子磁极为均布在定子内周的分布式齿形结构，励磁线圈缠套在定子磁极上，相邻的励磁线圈通过绕制方向不同或电流方向不同，在圆周方向上形成NS交替磁场，转子旋转后，转子上与定子磁极相对应部分磁场强度随时间呈周期性变化；

优选的，转子为圆柱体，转子外圆柱周面为光面，两侧对称设有转子循环圆槽，侧盖封盖在定子两侧，侧盖支撑且固定定子，侧盖中心通过轴承支撑转子，侧盖内对应转子循环圆槽部设有侧盖循环圆槽，侧盖循环圆槽与转子循环圆槽形成液压辅助制动器的循环圆结构；在转子的外圆周面上设有转子周面孔，转子周面孔与液压辅助制动器的循环圆贯通；在侧盖上设有冷却液进口和冷却液出口，冷却液进口与液压辅助制动器的循环圆直接贯通，冷却液出口与转子周面孔相通；其中，转子与定子之间留设有间隙，间隙既保证工作过程中不接触又兼顾较小的磁阻；其中定子、励磁线圈及间隙、转子的部分结构共同形成电涡流辅助制动器工作部分，液压辅助制动器的循环圆作为液压辅助制动器工作部分，即从阻拦机整体上看，实现了一套电涡流辅助制动器工作部分和两套液压辅助制动器工作部分结构上的一体化设计，提高了阻拦机的功率密度；

优选的，电涡流辅助制动器工作部分的定子和电涡流辅助制动器工作部分的转子采用导磁材料制成；

优选的，线圈密封板、侧盖、液压辅助制动器工作部分的转子可采用非导磁材料加工，但不限于此材料；

一种阻拦系统，包括阻拦机，阻拦机即为所述一体化构造液电复合制动航母；

优选的，还包括中央控制器、冷却液循环系统、锥形鼓轮、可调支撑、复位-制动-测速装置、滑轮组件和阻拦索；阻拦机、复位、制动、测速装置和滑轮缓冲系统与中央控制器电联接；冷却液循环系统与阻拦机连接，且冷却液循环系统与中央控制器电联接，复位-制动-测速装置设置在锥形鼓轮中心转轴端，阻拦机安装在锥形鼓轮上，阻拦索缠绕在锥形鼓轮上，阻拦索穿过可调支撑后绕进两组滑轮组件后再经另一可调支撑绕回另一锥形鼓轮上；

优选的，在滑轮组件上设有用于调节滑轮组件缓冲性能的滑轮缓冲系统；

优选的，在阻拦索上还设有压力传感器，压力传感器位于滑轮组件工作处，压力传感器与中央控制器电联接；中央控制器根据压力传感器的拉力信号和测速装置的速度信号调整励磁线圈的励磁和进口处冷却液的流量进行输出制动功率的控制；中央控制器控制冷却液循环系统为阻拦机提供低温冷却液；

相对于现有技术，本发明所述的阻拦机及阻拦系统具有以下优势：

(1)多组励磁线圈分布式布置的毂式电涡流辅助制动器低速下力矩性能好，力矩可调，控制容易，响应时间快。液力辅助制动器高速下制动效果优越。将两者进行结构上的一体化设计，提高其体积功率密度，能够结合上述两者共同的优点，弥补其单方面的不足；

(2)本发明一体化构造液电复合制动航母阻拦机，比传统液压缓冲式阻拦装置的体积小，功率密度高；制动功率可调，控制简单，可通过控制循环冷却液流量和励磁线圈激励出的磁动势两方面来调整制动功率大小；能量消耗少；响应快；可高密度作业；可以通过左右阻拦机励磁电流的不同对飞机降落进行纠偏。对于现有的电磁阻拦系统来说，将液力辅助制动器和电涡流辅助制动器进行一体化设计，结构更紧凑，体积功率密度大。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的阻拦机装置结构部分剖面图；

图2为本发明实施例所述的阻拦机立体效果图；

图3为本发明实施例所述的阻拦机电磁原理图(阻拦机主视图剖面)；

图4为应用本发明实施例所述的阻拦机的航母阻拦索系统示意图；

附图标记说明：

1-定子；2-励磁线圈；3-线圈密封板；4-侧盖；5-循环冷却液流动方向；6-转子；7-液压辅助制动器工作部分；8-电涡流辅助制动器工作部分；9-闭合磁路；10-定子磁极；11-冷却液进口；12-冷却液出口；

S1-中央控制器；S2-冷却液循环系统；S3-阻拦机；S4-锥形鼓轮；S5-可调支撑；S6-复位、制动、测速装置；S7-滑轮缓冲系统；S8-滑轮组件；S9-压力传感器；S10-阻拦索。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

结合图1-3所示，一种一体化构造液电复合制动航母阻拦机，包括多组励磁线圈分布式布置的毂式电涡流辅助制动器，毂式电涡流辅助制动器包括定子1、侧盖4和转子6，定子1、转子6同轴设置，定子1位于转子6外，侧盖4封盖在定子1、转子6两端，在转子6与侧盖4之间、转子6与定子1之间设有互相贯通的冷却液流道，冷却液流道形成液压辅助制动器；其中，定子1为空心圆柱结构，转子6设置在定子1内中心轴处，定子1内壁周向均布定子磁极10，定子磁极10上缠绕励磁线圈2，相邻的两定子磁极10、相应的转子6部分与两者之间的气隙/间隙的闭合磁路9如图3所示，在定子1内还设有线圈密封板3，线圈密封板3密封固定励磁线圈2于定子1内壁；其中，定子磁极10为均布在定子1内周的分布式齿形结构，励磁线圈2缠套在定子磁极10上，相邻的励磁线圈通过绕制方向不同或电流方向不同，在圆周方向上形成NS交替磁场，转子旋转后，转子上与定子磁极相对应部分磁场强度随时间呈周期性变化；

其中，转子6为圆柱体，转子6外圆柱周面为光面，两侧对称设有转子循环圆槽，侧盖4封盖在定子1两侧，侧盖4支撑且固定定子1，侧盖4中心通过轴承支撑转子6，侧盖4内对应转子6循环圆槽部设有侧盖循环圆槽，侧盖循环圆槽与转子循环圆槽形成液压辅助制动器的循环圆结构；在转子6的外圆周面上设有转子周面孔，转子周面孔与液压辅助制动器的循环圆贯通；在侧盖4上设有冷却液进口11和冷却液出口12，冷却液进口11与液压辅助制动器的循环圆直接贯通，冷却液出口12与转子周面孔相通；其中，转子6与定子1之间留设有间隙，间隙既保证工作过程中不接触又兼顾较小的磁阻；图1中所示循环冷却液流动方向是从冷却液进口11流入，进入液压辅助制动器的循环圆，从转子周面孔流向间隙，从间隙流向冷却液出口12；其中图1中定子1、励磁线圈2及间隙、转子6的部分结构共同形成电涡流辅助制动器工作部分8，图1中液压辅助制动器的循环圆作为液压辅助制动器工作部分7，即从阻拦机整体上看，实现了一套电涡流辅助制动器工作部分8和两套液压辅助制动器工作部分结构上的一体化设计，提高了阻拦机的功率密度；

其中，电涡流辅助制动器工作部分8的定子1和电涡流辅助制动器工作部分8的转子6采用导磁材料制成；其中，线圈密封板3、侧盖4、液压辅助制动器工作部分7的转子采用非导磁材料加工；

如图4所示，一种阻拦系统，包括阻拦机S3，阻拦机S3即为所述一体化构造液电复合制动航母；其中，还包括中央控制器S1、冷却液循环系统S2、锥形鼓轮S4、可调支撑S5、复位、制动、测速装置S6、滑轮组件S8和阻拦索S10；阻拦机S3、复位、制动、测速装置S6和滑轮缓冲系统S7与中央控制器S1电联接；冷却液循环系统S2与阻拦机S3连接，且冷却液循环系统S2与中央控制器S1电联接，复位、制动、测速装置S6设置在锥形鼓轮S4中心转轴端，阻拦机S3安装在锥形鼓轮S4上，阻拦索S10缠绕在锥形鼓轮S4上，阻拦索S10穿过可调支撑S5后绕进两组滑轮组件S8后再经另一可调支撑S5绕回另一锥形鼓轮S4上；其中，在滑轮组件S8上设有用于调节滑轮组件S8缓冲性能的滑轮缓冲系统S7；其中，在阻拦索S10上还设有压力传感器S9，压力传感器位于滑轮组件S8工作处，压力传感器S9与中央控制器S1电联接；中央控制器根据压力传感器的拉力信号和测速装置的速度信号调整励磁线圈的励磁和进口处冷却液的流量进行输出制动功率的控制；中央控制器控制冷却液循环系统为阻拦机提供低温冷却液；

本发明一体化构造液电复合制动航母阻拦机的工作原理如下：

本发明以传统多组励磁线圈分布式布置的毂式电涡流辅助制动器为基础，其转子部分与定子部分经过合理布局，将一套电涡流辅助制动器与两套液力辅助制动器在结构上进行了一体化设计；所述阻拦机的循环冷却液首先作为阻拦机液力辅助制动器的工作液，将转子动能的一部分转化为液体内能，然后进入阻拦机电涡流辅助制动器工作部分，将电涡流产生的热量带走，最后通过出口排出，减少阻拦机制动性能的热衰退，保障各部件温度在安全范围内；所述阻拦机通过控制循环冷却液流量和励磁线圈激励出的磁动势两方面来调整制动功率大小在对舰载机进行纠偏的过程中，可通过调整阻拦机励磁电流大小快速调整制动力矩；

该阻拦机结合了电涡流辅助制动器与液力辅助制动器的工作原理，将转子的机械能大部分转化为循环工作液的内能，高温工作液在外部进行热交换散热，从而实现制动功能；该阻拦机的液力辅助制动器部分与传统液力缓速器的工作原理相似；转子侧面与定子相对应的侧面设计有循环圆结构的槽，工作液从定子上的入口进入循环圆，在转子的带动下做离心运动，工作液在循环圆内沿着内壁循环流动，循环流动过程中，工作液动量矩不断发生变化，这是转子做功的表现。转子的机械能转化为循环液的动能，液体的内摩擦将自身的动能转化为内能；然后进入阻拦机电涡流辅助制动器工作部分，将电涡流产生的热量带走，最后通过侧盖上的冷却液出口排出，减少阻拦机制动性能的热衰退，保障各部件温度在安全范围内。

其中，阻拦机中磁场的说明：电涡流制动器部分与传统多组励磁线圈分布式布置毂式电涡流缓速器的工作原理相似，励磁线圈通电在线圈周围产生环形磁场，定子、气隙、转子形成如图3中9所示的闭合磁路。定子圆周方向分布齿形结构的磁极，励磁线圈套在磁极上，相邻的励磁线圈通过绕制方向不同或电流方向不同，在圆周方向上形成NS交替磁场，转子旋转后，转子上与定子磁极相对应部分磁场强度随时间呈周期性变化，由于导体在变化的磁场中产生电涡流，故转子上产生电涡流，电涡流激励出感应磁场，与原磁场相互作用，表现为阻碍原磁场的变化，宏观上表现为产生制动力矩与转子发热。电涡流辅助制动器通过调节励磁电流大小可快速改变磁动势大小，从而实现制动力矩的实时调整；

该阻拦机可通过控制循环冷却液流量和励磁线圈激励出的磁动势两方面来调整制动功率大小；

本发明的具体应用实例：阻拦机能量密度大，直径2米，轴向宽1.2米，单台重约12吨的阻拦机能提供约70万牛米的制动力矩，汇集其它优点可用于航母舰载机着舰的阻拦系统中；如图4，一体化构造液电复合制动航母阻拦机作为制动系统的一部分，为锥形鼓轮提供制动功率；

当舰载机着舰并钩住阻拦索时，阻拦索通过一套滑轮组，带动锥形鼓轮转动，并作为输入功率施加于一体化构造液电复合制动航母阻拦机，阻拦机工作，输出制动力矩，产生阻碍锥形鼓轮转动的阻力矩，转化为对舰载机的制动力，缩短舰载机的制动时间；中央控制器根据压力传感器的拉力信号和测速装置的速度信号调整励磁线圈的励磁和进口处冷却液的流量进行输出制动功率的控制；中央控制器控制冷却液循环系统为阻拦机提供低温冷却液；当舰载机着舰后，阻拦索被舰载机松开，励磁线圈断电，冷却液排出阻拦机，复位机构将阻拦索拉回原位；舰载机着舰偏离正常轨迹，导致钩住的阻拦索两端受力不相等，可以通过左右两个阻拦机励磁电流的不同对飞机降落进行纠偏。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一体化构造液电复合制动航母阻拦机，其特征在于：包括多组励磁线圈分布式布置的毂式电涡流辅助制动器，毂式电涡流辅助制动器包括定子、侧盖和转子，定子、转子同轴设置，定子位于转子外，侧盖封盖在定子、转子两端，在转子与侧盖之间、转子与定子之间设有互相贯通的冷却液流道，冷却液流道形成液压辅助制动器。

2.根据权利要求1所述的一体化构造液电复合制动航母阻拦机，其特征在于，定子为空心圆柱结构，转子设置在定子内中心轴处，定子内壁周向均布定子磁极，定子磁极上缠绕励磁线圈，相邻的两定子磁极、相应的转子部分与两者之间的气隙产生闭合磁路；在定子内还设有线圈密封板，线圈密封板密封固定励磁线圈于定子内壁。

3.根据权利要求2所述的一体化构造液电复合制动航母阻拦机，其特征在于，定子磁极为均布在定子内周的分布式齿形结构，励磁线圈缠套在定子磁极上。

4.根据权利要求3所述的一体化构造液电复合制动航母阻拦机，其特征在于，转子为圆柱体，转子外圆柱周面为光面，两侧对称设有转子循环圆槽，侧盖封盖在定子两侧，侧盖支撑且固定定子，侧盖中心通过轴承支撑转子，侧盖内对应转子循环圆槽部设有侧盖循环圆槽，侧盖循环圆槽与转子循环圆槽形成液压辅助制动器的循环圆结构；在转子的外圆周面上设有转子周面孔，转子周面孔与液压辅助制动器的循环圆贯通；在侧盖上设有冷却液进口和冷却液出口，冷却液进口与液压辅助制动器的循环圆直接贯通，冷却液出口与转子周面孔相通；转子与定子之间设有间隙；其中定子、励磁线圈及间隙、转子的部分结构共同形成电涡流辅助制动器工作部分，液压辅助制动器的循环圆作为液压辅助制动器工作部分。

5.根据权利要求4所述的一体化构造液电复合制动航母阻拦机，其特征在于，电涡流辅助制动器工作部分的定子和电涡流辅助制动器工作部分的转子采用导磁材料制成。

6.根据权利要求4所述的一体化构造液电复合制动航母阻拦机，其特征在于，线圈密封板、侧盖、液压辅助制动器工作部分的转子可采用非导磁材料加工。

7.一种阻拦系统，包括权利要求1-6任一项所述的一体化构造液电复合制动航母阻拦机。

8.根据权利要求7所述的一种阻拦系统，其特征在于，还包括中央控制器、冷却液循环系统、锥形鼓轮、可调支撑、复位-制动-测速装置、滑轮组件和阻拦索；阻拦机、复位、制动、测速装置和滑轮缓冲系统与中央控制器电联接；冷却液循环系统与阻拦机连接，且冷却液循环系统与中央控制器电联接，复位-制动-测速装置设置在锥形鼓轮中心转轴端，阻拦机安装在锥形鼓轮上，阻拦索缠绕在锥形鼓轮上，阻拦索穿过可调支撑后绕进两组滑轮组件后再经另一可调支撑绕回另一锥形鼓轮上。

9.根据权利要求8所述的一种阻拦系统，其特征在于，在滑轮组件上设有用于调节滑轮组件缓冲性能的滑轮缓冲系统。

10.根据权利要求8所述的一种阻拦系统，其特征在于，在阻拦索上还设有压力传感器，压力传感器位于滑轮组件工作处，压力传感器与中央控制器电联接。