CN108843716B - 一种无人飞行器的气动式的直线缓冲分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无人飞行器的气动式的直线缓冲分离装置，该装置的缓冲气缸缸筒两端分别设置缓冲气缸压盖和缓冲气缸缸盖，缓冲气缸缸盖上设置通孔，单向阀固定于通孔内，活塞导向缸筒从缓冲气缸压盖一侧伸入缓冲气缸缸筒内，活塞位于缓冲气缸缸筒内且固定于活塞导向缸筒端部，弹簧导向套一端与挡板连接且另一端伸入活塞导向缸筒内，弹簧导向套另一端设置带有通孔的弹簧导向套压盖，缓冲活塞杆一端固定于活塞上，缓冲活塞杆另一端伸入弹簧导向套内，缓冲活塞杆另一端端部直径大于弹簧导向套压盖通孔内经，弹簧一端固定于活塞上且另一端固定于挡板上，缓冲气室的进气口通过气管与单向阀连接。

Description

一种无人飞行器的气动式的直线缓冲分离装置
技术领域
本发明涉及一种无人飞行器的缓冲技术，特别是一种无人飞行器的气动式的直线缓冲分离装置。
背景技术
中小型无人机大量采用短距弹射起飞技术，该技术将蓄能器能量通过牵引装置传递至无人机托架，通过牵引装置拉动无人机托架运动，当托架达到预定临界飞行速度时，托架解锁无人机，利用缓冲分离装置造成无人机与托架速度差异，进而实现无人机分离起飞。
由于缓冲分离装置的缓冲性能直接决定了托架和弹射装置在分离过程中所受到的冲击载荷水平，从而影响无人机与托架的分离效果和装置的使用寿命，因此其技术方案对无人机弹射技术起着至关重要的作用。现有的缓冲分离装置多采用弹簧、橡胶、气压缸等较为简单的结构形式，弹簧和橡胶存在缓冲性能调整不便，气压缸则存在占用空间大，压缩行程短等问题。如图1所示的采用现有气缸形式下，最大压缩行程仅为254mm，压缩形成短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人飞行器的气动式的直线缓冲分离装置，极大地提高了装置的可压缩行程，解决了传统缓冲气缸活塞杆占用空间，有效行程利用率低的问题。
实现本发明目的的技术方案为：一种无人飞行器的气动式的直线缓冲分离装置，包括缓冲气室、缓冲气缸，缓冲气缸包括挡板、弹簧、弹簧导向套、缓冲气缸压盖、活塞导向缸筒、缓冲活塞杆、活塞、缓冲气缸缸筒、缓冲气缸缸盖、单向阀；缓冲气缸缸筒两端分别设置缓冲气缸压盖和缓冲气缸缸盖，缓冲气缸缸盖上设置通孔，单向阀固定于通孔内，活塞导向缸筒从缓冲气缸压盖一侧伸入缓冲气缸缸筒内，活塞位于缓冲气缸缸筒内且固定于活塞导向缸筒端部，弹簧导向套一端与挡板连接且另一端伸入活塞导向缸筒内，弹簧导向套另一端设置带有通孔的弹簧导向套压盖，缓冲活塞杆一端固定于活塞上，缓冲活塞杆另一端伸入弹簧导向套内，缓冲活塞杆另一端端部直径大于弹簧导向套压盖通孔内经，弹簧一端固定于活塞上且另一端固定于挡板上，缓冲气室的进气口通过气管与单向阀连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：采用本发明的嵌套式结构，与现有的气缸缓冲形式相比，在相同条件下，最大缓冲行程为297mm；(2)传统缓冲气缸作为缓冲装置最大的问题就是冲击作用力会随着压缩行程的增大而增大，尤其在气缸压缩至末端最为显著，其作用力足以对托架造成损伤，本装置的气室由可压缩气室和不可压缩缓冲气室两部分组成，相比于缓冲气室，可压缩气室的体积要小的多，因此在托架压缩气压式直线缓冲装置过程中，基本可以认为缓冲刚度恒定，极大的降低了托架的缓冲载荷峰值；(3)单向阀的使用，使得气体在被压入缓冲气室后只能缓慢的渗入碰撞气缸，从而避免了因为活塞的回弹运动撞击缓冲气缸压盖，影响气缸的气密性和使用寿命。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为现有技术的气缸结构示意图。
图2为本发明结构示意图。
图3为本发明工作过程中撞击初始时刻原理示意图。
图4为本发明工作过程中压缩分离过程原理示意图。
图5为本发明工作过程中完成分离时刻原理示意图。
具体实施方式
结合图2，一种无人飞行器的气动式的直线缓冲分离装置，包括缓冲气室1、缓冲气缸3，缓冲气缸3包括挡板5、弹簧6、弹簧导向套7、缓冲气缸压盖8、活塞导向缸筒9、缓冲活塞杆10、活塞11、缓冲气缸缸筒12、缓冲气缸缸盖13、单向阀14。
缓冲气缸缸筒12两端分别设置缓冲气缸压盖8和缓冲气缸缸盖13，缓冲气缸缸盖13上设置通孔15，单向阀14固定于通孔15内，活塞导向缸筒9从缓冲气缸压盖8一侧伸入缓冲气缸缸筒12内，活塞11位于缓冲气缸缸筒12内且固定于活塞导向缸筒9端部，弹簧导向套7一端与挡板5连接且另一端伸入活塞导向缸筒9内，弹簧导向套7另一端设置带有通孔的弹簧导向套压盖16，缓冲活塞杆10一端固定于活塞11上，缓冲活塞杆10另一端伸入弹簧导向套7内，缓冲活塞杆10另一端端部直径大于弹簧导向套压盖16通孔内经，弹簧6一端固定于活塞11上且另一端固定于挡板5上，缓冲气室1的进气口通过气管1与单向阀14连接。
缓冲气室1是整个装置的主要缓冲载荷来源，缓冲气室1的体积要远大于缓冲气缸3的气室体积。缓冲气室1通过橡胶气管2与缓冲气缸3的单向阀4联接通气。
橡胶垫4通过紧配合安装于挡板5，挡板5采用螺纹与弹簧导向套7进行连接，缓冲活塞杆10通过弹簧导向套7的通孔16贯穿至弹簧导向套7内部，活塞11通过内部螺纹与缓冲活塞杆10连接，活塞11通过缓冲气缸压盖8与活塞导向缸筒9连接，弹簧6放至于挡板5与活塞杆11之间。活塞11可在缓冲气缸缸筒12内滑移，缓冲气缸缸筒12通过底部螺纹与缓冲气缸缸盖13连接，缓冲气缸缸盖13中心开有螺纹通孔15，单向阀14通过螺纹安装于螺纹通孔15，单向阀14通过橡胶气管2与缓冲气室1连接。无人飞行器16至于托架17之上，托架17滑行至与气压式直线缓冲装置碰撞的同时，托架17解锁无人飞行器。
结合图3至图5，缓冲过程中，托架17首先与橡胶垫4发生碰撞，橡胶垫将载荷传递至挡板5，挡板5通过压缩弹簧6将冲击载荷传递至活塞11，从而压缩活塞11、缓冲气缸缸筒12，缓冲气缸缸盖13形成的可压缩气室，将可压缩气室内气体通过的单向阀14排出至缓冲气室1，在这过程中完成缓冲做功，进而降低托架17速度，造成无人飞行器16与托架17发生分离。
本发明采用了气室串联形式，缓冲气室1在缓冲过程中体积无变化，缓冲过程只对缓冲气缸3内气室作用，缓冲过程中ti时刻，假设压缩过程为绝热过程，气缸活塞受到的作用载荷为
Figure BDA0001746012560000031
其中n为摩尔质量，R为气体常数，T为当前温度，S为活塞面积，V为气缸内气体体积，ΔVi为ti时刻气体体积变化量。若采用传统气缸形式，当气缸缓冲行程行驶到一半时，此时气体体积减小一半，作用载荷提高一倍，作用载荷为线性增加；若采用本发明形式，由于气体体积此时由缓冲气室1的V1和缓冲气缸3内气室V2组成，缓冲过程中，V2相对V1为小量，基本可认为任意时刻气缸活塞受到的作用载荷为
Figure BDA0001746012560000032
作用载荷不随压缩行程的增大而增大，因此实现了作用载荷的可控，通过调整缓冲气室1内初始气压实现降低作用载荷的目的。

Claims (3)

1.一种无人飞行器的气动式的直线缓冲分离装置，其特征在于，包括缓冲气室（1）、缓冲气缸（3），缓冲气缸（3）包括挡板（5）、弹簧（6）、弹簧导向套（7）、缓冲气缸压盖（8）、活塞导向缸筒（9）、缓冲活塞杆（10）、活塞（11）、缓冲气缸缸筒（12）、缓冲气缸缸盖（13）、单向阀（14）；其中
缓冲气缸缸筒（12）两端分别设置缓冲气缸压盖（8）和缓冲气缸缸盖（13），
缓冲气缸缸盖（13）上设置通孔（15），
单向阀（14）固定于通孔（15）内，
活塞导向缸筒（9）从缓冲气缸压盖（8）一侧伸入缓冲气缸缸筒（12）内，
活塞（11）位于缓冲气缸缸筒（12）内且固定于活塞导向缸筒（9）端部，
弹簧导向套（7）一端与挡板（5）连接且另一端伸入活塞导向缸筒（9）内，
弹簧导向套（7）另一端设置带有通孔的弹簧导向套压盖（16），
缓冲活塞杆（10）一端固定于活塞（11）上，
缓冲活塞杆（10）另一端伸入弹簧导向套（7）内，
缓冲活塞杆（10）另一端端部直径大于弹簧导向套压盖（16）通孔内经，
弹簧（6）一端固定于活塞（11）上且另一端固定于挡板（5）上，
缓冲气室（1）的进气口通过气管（2）与单向阀（14）连接；
任意时刻气缸活塞受到的作用载荷为
Figure 709728DEST_PATH_IMAGE002
，其中
n为摩尔质量，R为气体常数，T为当前温度，S为活塞面积，V1为缓冲气室（1）的体积。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，挡板（5）与承载无人飞行器（18）的托架（17）固定连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，挡板（5）和托架（17）之间设置橡胶垫（4）。
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