CN108516077A - 一种轮橇一体式刹车制动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮橇一体式刹车制动装置及方法，刹车制动装置包括机轮、轮轴、刹车控制器、转速传感器、电机支架、滑橇、以及至少一个作动模块。作动模块包含无刷直流电机、N个导轨、M根弹簧、减速器、滚珠丝杠、螺母、螺母套筒和压力传感器。压力传感器安装在螺母套筒和滑橇之间，能实时获得作动模块施加给滑橇的刹车压力。当需要刹车时，电机带动减速器旋转，减速器驱动滚珠丝杠，丝杠上的螺母在导轨的限制下直线运动，向滑橇施加正压力，滑橇与地面接触摩擦，将飞行器滑跑的动能以热能的形式耗散掉，从而使飞行器减速。本发明体积小、重量轻，可以应用在对起落架刹车制动装置尺寸有严格限制要求的薄机翼高超声速飞行器上。

Description

一种轮橇一体式刹车制动装置及方法

技术领域

本发明涉及适用于高超声速飞行器滑跑着陆刹车的技术领域，尤其涉及一种轮橇一体式刹车制动装置及方法。

背景技术

高超声速飞行器是能进行高超声速飞行的飞行器，具有快速响应、超强突防、灵活机动等特点，是一种兼备战略威慑和实战应用能力的新概念武器。这种飞行器主要用于执行兵力投送，特定区域侦查与监视，实施地面打击与防御，提供信息支援、攻击武器和战略投送平台等任务，具有极高的军事价值。

这类飞行器有一些突出的总体设计与起降系统的设计矛盾难以协调。一方面，高超声速飞行器的气动外形主要是乘波体构型和翼身融合体构型，这类气动外形典型特征是机身机翼薄，内部空间小，不利于起落架的收放布置；而高超声速飞行器所需的燃料和动力装置占去机体大部分空间，也影响了起落架的布置。在前期一些高超声速飞行器的探索研究中，不得不牺牲气动性能总体设计指标以满足起落装置的收藏空间，大大削弱了飞行器的总体性能和作战使用效能。另一方面，高超声速飞行器着陆时采用高进场速度，这将导致较高的着陆载荷，同时轮胎临界转速的限制增大了飞机机轮尺寸，刹车系统及其辅助系统为吸收更多的水平动能而增加重量和空间需求。

传统起落装置采用液压刹车制动，但为了吸收飞行器滑跑动能，刹车盘的体积往往相对较大，而不便收起在飞行器机体中。为了降低起落装置对于收放空间和结构重量的设计限制，美国的X-15A采用滑橇式着陆，通过滑橇与地面的摩擦进行减速制动。这类起落装置所占结构空间小，耐超高温环境和超高的着陆水平速度，且具有较轻的结构重量。但是滑橇式着陆装置并不适用于需要滑跑起飞的飞行器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所涉及到的缺陷，提供一种轮橇一体式刹车制动装置及方法，有效减小飞行器起降系统的尺寸及重量并实现飞行器的刹车制动。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种轮橇一体式刹车制动装置，包含机轮、轮轴、刹车控制器、转速传感器、电机支架、滑橇、以及至少一个作动模块；

所述机轮通过轴承和所述轮轴相连；

所述转速传感器用于测量所述机轮的转速，并将其传递给所述刹车控制器；

所述电机支架和所述轮轴固定相连；

所述作动模块包含无刷直流电机、N个导轨、M根弹簧、减速器、滚珠丝杠、螺母、螺母套筒和压力传感器，所述N、M均为大于等于4的整数；

所述无刷直流电机固定在所述电机支架上，其输出轴和所述减速器的输入端固连；

所述减速器的输出端和所述滚珠丝杠的上端固定相连；

所述N个导轨均和所述滚珠丝杠平行设置，其上端均和所述电机支架固连；

所述螺母和所述滚珠丝杠螺纹连接，且螺母上对应N个导轨设有N个通孔，所述N个导轨通过所述N个通孔穿过所述螺母，使得螺母能够沿着N个导轨滑动；

所述M根弹簧均一端和所述电机支架固连，另一端均和所述螺母固连，用于防止螺母在自身重力的作用下向下滑移；

所述螺母套筒上端和所述螺母固连，下端通过所述压力传感器和所述滑橇的上端面固连；

所述N个导轨的下端设有限位装置，用于限定所述螺母套筒在螺母的带动下能够向地面移动的最大距离；

所述刹车控制器分别和所述转速传感器、各个作动模块的无刷直流电机、以及各个作动模块的压力传感器电气相连，用于在接收到制动命令时根据转速传感器和各个作动模块的压力传感器的感应数据控制各个作动模块的无刷直流电机工作。

作为本发明一种轮橇一体式刹车制动装置进一步的优化方案，所述减速器和滚珠述丝杠采用卡勾方式连接，并在连接处通过卡箍固定。

作为本发明一种轮橇一体式刹车制动装置进一步的优化方案，所述转速传感器采用空心轴传感器，空心轴传感器的空心轴通过联轴器与机轮相连、在机轮的带动下一起旋转，空心轴传感器的壳体通过安装架和轮轴固连，不和机轮一起转动。

作为本发明一种轮橇一体式刹车制动装置进一步的优化方案，所述滑橇的上表面设有隔热层，以防止将热量传递至各个作动模块的螺母套筒。

本发明还公开了一种基于该轮橇一体式刹车制动装置的控制方法，包含以下过程：

飞行器着陆、刹车控制器接收到刹车命令后，控制无刷直流电机带动减速器旋转，减速器驱动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠上的螺母在导轨自由度限制下做直线运动，使得螺母套筒向滑橇施加正压力，滑橇压紧地面，与地面接触摩擦，将飞行器前进的动能以热能的形式耗散，从而使飞行器减速；

转速传感器、压力传感器不断将机轮的转速、螺母套筒和滑橇之间的压力反馈给刹车控制器，刹车控制器据此实时调整给出相应电机信号，以保证飞行器匀减速运动。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 本发明依靠滑橇与地面的摩擦产生所需要的刹车力，不再需要笨重的作动筒及刹车盘组件，减小了起落架机轮由于刹车装置所附加重量。

2. 本发明能够减小由于传统刹车装置所带来的额外机轮体积，使机轮大小仅受航向速度的限制，，缩小体积的同时保留了飞行器滑跑起飞的功能。

3. 本发明提供可控刹车压力，轮橇一体式的设计使本刹车装置在雪地、泥地等各种复杂路况下着陆并刹车制动，大大减小了飞行器对着陆路况的要求。

附图说明

图1是本飞行器刹车制动装置结构示意图；

图2是机电组件安装示意图；

图3是转速传感器安装示意图。

图中，1-电机支架，2-轮轴，3-刹车控制器，4-无刷直流电机，5-导轨，6-减速器，7-弹簧，8-卡箍，9-滚珠丝杠，10-螺母，11-螺母套筒，12-限位装置，13-压力传感器，14-隔热层，15-滑橇，16-机轮，17-电机轴，18-减速器的轴，19-联轴器，20-转速传感器，21-安装架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种轮橇一体式刹车制动装置，包含机轮、轮轴、刹车控制器、转速传感器、电机支架、滑橇、以及至少一个作动模块。

机轮通过轴承和轮轴相连；转速传感器用于测量机轮的转速，并将其传递给刹车控制器；电机支架和轮轴固定相连。

如图2所示，作动模块包含无刷直流电机、N个导轨、M根弹簧、减速器、滚珠丝杠、螺母、螺母套筒和压力传感器，N、M均为大于等于4的整数。

无刷直流电机固定在电机支架上，其输出轴和减速器的输入端固连；减速器的输出端和滚珠丝杠的上端固定相连。

N个导轨均和滚珠丝杠平行设置，其上端均和电机支架固连；螺母和滚珠丝杠螺纹连接，且螺母上对应N个导轨设有N个通孔，N个导轨通过N个通孔穿过螺母，使得螺母能够沿着N个导轨滑动。

M根弹簧均一端和电机支架固连，另一端均和螺母固连，用于防止螺母在自身重力的作用下向下滑移。

螺母套筒上端和螺母固连，下端通过压力传感器和滑橇的上端面固连。

N个导轨的下端设有限位装置，用于限定螺母套筒在螺母的带动下能够向地面移动的最大距离。从图2中可以看出来，螺母套筒可以设置为上粗下细两个圆柱组成的样子，限位装置只需要设置成半径小于粗圆柱的半径、大于细圆柱的半径的环即可。

刹车控制器分别和转速传感器、各个作动模块的无刷直流电机、以及各个作动模块的压力传感器电气相连，用于在接收到制动命令时根据转速传感器和各个作动模块的压力传感器的感应数据控制各个作动模块的无刷直流电机工作。

减速器和滚珠述丝杠采用卡勾方式连接，并在连接处通过卡箍固定。

如图3所示，转速传感器采用空心轴传感器，空心轴传感器的空心轴通过联轴器与机轮相连、在机轮的带动下一起旋转，空心轴传感器的壳体通过安装架和轮轴固连，不和机轮一起转动。

滑橇的上表面设有隔热层，以防止将热量传递至各个作动模块的螺母套筒。

飞行器着陆、刹车控制器接收到刹车命令后，控制无刷直流电机带动减速器旋转，减速器驱动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠上的螺母在导轨自由度限制下做直线运动，使得螺母套筒向滑橇施加正压力，滑橇压紧地面，与地面接触摩擦，将飞行器前进的动能以热能的形式耗散，从而使飞行器减速；

转速传感器、压力传感器不断将机轮的转速、螺母套筒和滑橇之间的压力反馈给刹车控制器，刹车控制器据此实时调整给出相应电机信号，以保证飞行器匀减速运动。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轮橇一体式刹车制动装置，其特征在于，包含机轮、轮轴、刹车控制器、转速传感器、电机支架、滑橇、以及至少一个作动模块；

所述机轮通过轴承和所述轮轴相连；

所述转速传感器用于测量所述机轮的转速，并将其传递给所述刹车控制器；

所述电机支架和所述轮轴固定相连；

所述作动模块包含无刷直流电机、N个导轨、M根弹簧、减速器、滚珠丝杠、螺母、螺母套筒和压力传感器，所述N、M均为大于等于4的整数；

所述无刷直流电机固定在所述电机支架上，其输出轴和所述减速器的输入端固连；

所述减速器的输出端和所述滚珠丝杠的上端固定相连；

所述N个导轨均和所述滚珠丝杠平行设置，其上端均和所述电机支架固连；

所述螺母和所述滚珠丝杠螺纹连接，且螺母上对应N个导轨设有N个通孔，所述N个导轨通过所述N个通孔穿过所述螺母，使得螺母能够沿着N个导轨滑动；

所述M根弹簧均一端和所述电机支架固连，另一端均和所述螺母固连，用于防止螺母在自身重力的作用下向下滑移；

所述螺母套筒上端和所述螺母固连，下端通过所述压力传感器和所述滑橇的上端面固连；

所述N个导轨的下端设有限位装置，用于限定所述螺母套筒在螺母的带动下能够向地面移动的最大距离；

所述刹车控制器分别和所述转速传感器、各个作动模块的无刷直流电机、以及各个作动模块的压力传感器电气相连，用于在接收到制动命令时根据转速传感器和各个作动模块的压力传感器的感应数据控制各个作动模块的无刷直流电机工作。

2.根据权利要求1所述的轮橇一体式刹车制动装置，其特征在于，所述减速器和滚珠丝杠采用卡勾方式连接，并在连接处通过卡箍固定。

3.根据权利要求1所述的轮橇一体式刹车制动装置，其特征在于，所述转速传感器采用空心轴传感器，空心轴传感器的空心轴通过联轴器与机轮相连、在机轮的带动下一起旋转，空心轴传感器的壳体通过安装架和轮轴固连，不和机轮一起转动。

4.根据权利要求1所述的轮橇一体式刹车制动装置，其特征在于，所述滑橇的上表面设有隔热层，以防止滑撬将热量传递至各个作动模块的螺母套筒。

5.基于权利要求1所述的飞行器刹车制动装置的刹车制动方法，其特征在于，包括以下过程：

飞行器着陆、刹车控制器接收到刹车命令后，控制无刷直流电机带动减速器旋转，减速器驱动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠上的螺母在导轨自由度限制下做直线运动，使得螺母套筒向滑橇施加正压力，滑橇压紧地面，与地面接触摩擦，将飞行器前进的动能以热能的形式耗散，从而使飞行器减速；

转速传感器、压力传感器不断将机轮的转速、螺母套筒和滑橇之间的压力反馈给刹车控制器，刹车控制器据此实时调整给出相应电机信号，以保证飞行器匀减速运动。