CN110435882A - 基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置，包括刹车驱动模块、传力筒、N个静盘、N个动盘、承压盘和刹车壳体；一方面解决了在液压刹车系统中、液压作动机构结构复杂、重量体积大、液压油易泄露引发火灾、以及出现故障后难以找到原因和维修费用高的问题，另一方面解决了在小型飞机电刹车系统中机电作动机构的体积大、容纳刹车空间小的问题以及机电作动器里电机响应慢、有惯性、位移大的问题。

Description

基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置

技术领域

本发明涉及飞行器刹车制动领域，尤其涉及一种基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置。

背景技术

飞行器刹车装置主要有液压刹车装置和全电刹车装置。目前液压刹车装置在国内外应用最多，但液压作动机构结构复杂，重量体积大，液压油易泄露，引发火灾，出现故障后难以找到原因和维修费用高。下一代飞机的高性能刹车系统是电刹车系统，虽然整个机电作动机构的体积和重量比液压刹车系统减少了许多，但机电作动机构的体积比液压活塞作动机构要大，在满足功能、强度和刚度的要求上需要充分的利用空间。由于全电刹车机电作动所占的空间比较大，因此很可能要对整个刹车装置（包括起落架和刹车壳体及机构速度传感器）的结构重新进行设计，一般来讲，中、大型飞机的机轮直径比较大，容纳刹车装置的空间也比较大，机电作动机构的设计要容易一些。而小型飞机对刹车系统体积和重量有苛刻的要求，机电作动机构的设计更具挑战性。目前提供给刹车装置的都是电机作动器提供动力去实现刹车，但电机在使用时具有响应慢、有惯性、位移大的特点。

压电材料制作成的压电叠堆相比电机作动器具有精度高，频率快、响应快等优点，配合放大机构做作动器可以弥补电机作动器不足之处。柔性位移放大机构具有体积小、无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度和分辨率高等优点，适合应用在小型飞行器上，特别是小型无人飞行器，由于尺寸小，重量轻，对起落架刹车制动装置的尺寸和重量有相当严格的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置，设置在飞行器的机轮和轮轴上，包括刹车驱动模块、传力筒、N个静盘、N个动盘、承压盘和刹车壳体，N为大于等于1的自然数；

所述刹车壳体呈圆柱体，一端开口、另一端设有供所述轮轴穿过的通孔；刹车壳体套在所述轮轴上、和所述轮轴同轴，且刹车壳体设有通孔的一端和所述机轮的轮毂固连，刹车壳体开口一端的侧壁上均匀设有若干和所述轮轴平行的限位凹槽；

所述传力筒固定在所述刹车壳体内的轮轴上，其沿周向均匀设有若干和所述轮轴平行的凸健；

所述N个动盘的中心均设有供所述传力筒穿过的通孔、且N个动盘的外缘均设有若干和所述刹车壳体侧壁上限位凹槽一一对应的凸起；所述N个静盘、承压盘的中心均设有和所述传力筒外壁相配合的限位孔；

所述N个静盘、N个动盘交错层叠后和承压盘形成两侧为承压盘、静盘的刹车片组；所述刹车片组设置在所述刹车壳体内、套在所述传力筒上，其中，刹车片组中的承压盘和所述传力筒靠近机轮的一端垂直固连；刹车片组中的每个动盘上的凸起均和所述刹车壳体上的限位凹槽一一对应配合，使得刹车片组中动盘和刹车壳体在周向上固定、轴向上能够相对滑动；刹车片组中的每个静盘的限位孔均和所述传力筒的外壁相配合，使得刹车片组中静盘和传力筒在周向上固定、轴向上能够相对滑动；

所述刹车驱动模块包含支架、第一至第四压电叠堆组件、第一至第二柔性位移放大机构；

所述支架呈U形，包含第一侧板、第二侧板和底板，所述底板的两端分别和第一侧板的一端、第二侧板的一端垂直固连；所述底板的两侧均设有U形缺口、中心设有供所述轮轴穿过的通孔；

所述第一、第二压电叠堆组件固定在所述第一侧板靠近第二侧板的一面上，第三、第四压电叠堆组件固定在所述第二侧板靠近第一侧板的一面上；

所述第一、第二柔性位移放大机构均包含两个输入端和一个输出端，能够将两个输入端输入的位移放大后由输出端输出；所述第一柔性位移放大机构的两个输入端分别和所述第一、第三压电叠堆组件固连，所述第二柔性位移放大机构的两个输入端分别和所述第二、第四压电叠堆组件固连；

飞行器正常行驶时，第一、第二柔性位移放大机构的输出端和所述刹车片组中靠近支架的静盘之间留有间隙；飞行器刹车时，所述第一至第四压电叠堆组件驱动第一、第二柔性位移放大机构的输出端和所述刹车片组中靠近支架的静盘相抵，使得各个静盘和各个动盘接触摩擦、进而产生刹车力矩从而使飞行器刹停。

作为本发明基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置进一步的优化方案，所述第一、第二柔性位移放大机构的输出端上均设有压力传感器。

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. 本刹车装置依靠压电叠堆组件输出位移产生需要的刹车力，提高了刹车效率，电作动机构的响应速度远高于液压作动机构，但压电叠堆组件的相应速度高于电作动机构，再一次提高了刹车效率。

2. 本刹车装置体积小、重量轻，可以应用在对起落架刹车制动装置尺寸和重量有相当严格限制的小型飞行器上。

3. 机构的机械摩擦对对机构的性能有很大影响，本刹车装置使用柔性位移放大机构无机械摩擦的特点，提高了机构的使用寿命和安全性，在很大程度上消除因机械摩擦而产生的刹车压力滞后现象。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中支架、扭力筒、刹车装置、轮轴安装示意图；

图3是本发明的爆炸结构示意图；

图4是本发明中第一至第四压电叠堆组件、第一柔性位移放大机构、第二柔性位移放大机构、支架相配合的结构示意图；

图5是本发明中第一压电叠堆组件的结构示意图。

图中，1-机轮，2-联轴器，3-轮轴，4-速度传感器，5-起落架，6-支架，7-柔性位移放大机构，8-螺栓，9-压电叠堆组件，10-压力传感器，11-刹车壳体，12-承压盘，13-动盘，14-静盘，15-传力筒。

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、图2、图3所示，本发明公开了一种基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置，设置在飞行器的机轮和轮轴上，包括刹车驱动模块、传力筒、N个静盘、N个动盘、承压盘和刹车壳体，N为大于等于1的自然数；

所述刹车壳体呈圆柱体，一端开口、另一端设有供所述轮轴穿过的通孔；刹车壳体套在所述轮轴上、和所述轮轴同轴，且刹车壳体设有通孔的一端和所述机轮的轮毂固连，刹车壳体开口一端的侧壁上均匀设有若干和所述轮轴平行的限位凹槽；

所述传力筒固定在所述刹车壳体内的轮轴上，其沿周向均匀设有若干和所述轮轴平行的凸健；

所述N个动盘的中心均设有供所述传力筒穿过的通孔、且N个动盘的外缘均设有若干和所述刹车壳体侧壁上限位凹槽一一对应的凸起；所述N个静盘、承压盘的中心均设有和所述传力筒外壁相配合的限位孔；

所述N个静盘、N个动盘交错层叠后和承压盘形成两侧为承压盘、静盘的刹车片组；所述刹车片组设置在所述刹车壳体内、套在所述传力筒上，其中，刹车片组中的承压盘和所述传力筒靠近机轮的一端垂直固连；刹车片组中的每个动盘上的凸起均和所述刹车壳体上的限位凹槽一一对应配合，使得刹车片组中动盘和刹车壳体在周向上固定、轴向上能够相对滑动；刹车片组中的每个静盘的限位孔均和所述传力筒的外壁相配合，使得刹车片组中静盘和传力筒在周向上固定、轴向上能够相对滑动；

如图4所示，所述刹车驱动模块包含支架、第一至第四压电叠堆组件、第一至第二柔性位移放大机构；

所述支架呈U形，包含第一侧板、第二侧板和底板，所述底板的两端分别和第一侧板的一端、第二侧板的一端垂直固连；所述底板的两侧均设有U形缺口、中心设有供所述轮轴穿过的通孔；

所述第一、第二压电叠堆组件固定在所述第一侧板靠近第二侧板的一面上，第三、第四压电叠堆组件固定在所述第二侧板靠近第一侧板的一面上；

所述第一、第二柔性位移放大机构均包含两个输入端和一个输出端，能够将两个输入端输入的位移放大后由输出端输出；所述第一柔性位移放大机构的两个输入端分别和所述第一、第三压电叠堆组件固连，所述第二柔性位移放大机构的两个输入端分别和所述第二、第四压电叠堆组件固连；

飞行器正常行驶时，第一、第二柔性位移放大机构的输出端和所述刹车片组中靠近支架的静盘之间留有间隙；飞行器刹车时，所述第一至第四压电叠堆组件驱动第一、第二柔性位移放大机构的输出端和所述刹车片组中靠近支架的静盘相抵，使得各个静盘和各个动盘接触摩擦、进而产生刹车力矩从而使飞行器刹停。

所述第一、第二柔性位移放大机构的输出端上均设有压力传感器。第一压电叠堆组件的结构如图5所示。

飞行器着陆时，机轮带动刹车壳体、动盘绕轮轴旋转，需要刹车时驱动第一至第四压电叠堆组件使其伸长产生水平位移输出，第一、第二柔性位移放大机构将其两个输入端接收到的水平位移转化为输出端的位移，将静盘与动盘压紧，静盘与动盘接触摩擦，产生刹车力矩从而使飞行器刹停。在此过程中，压力传感器将压电叠堆组件施加的刹车压力和转速传感器获得的机轮转速信息不断传递到刹车控制器用于防滑刹车。

本发明中还可以加设速度传感器，速度传感器套在轮轴上且通过联轴器和机轮的轮毂固连，以获得机轮的转速，从而获得刹车制动的具体效果。

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 (2)

1.基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置，设置在飞行器的机轮和轮轴上，其特征在于，包括刹车驱动模块、传力筒、N个静盘、N个动盘、承压盘和刹车壳体，N为大于等于1的自然数；

所述刹车壳体呈圆柱体，一端开口、另一端设有供所述轮轴穿过的通孔；刹车壳体套在所述轮轴上、和所述轮轴同轴，且刹车壳体设有通孔的一端和所述机轮的轮毂固连，刹车壳体开口一端的侧壁上均匀设有若干和所述轮轴平行的限位凹槽；

所述传力筒固定在所述刹车壳体内的轮轴上，其沿周向均匀设有若干和所述轮轴平行的凸健；

所述N个动盘的中心均设有供所述传力筒穿过的通孔、且N个动盘的外缘均设有若干和所述刹车壳体侧壁上限位凹槽一一对应的凸起；所述N个静盘、承压盘的中心均设有和所述传力筒外壁相配合的限位孔；

所述N个静盘、N个动盘交错层叠后和承压盘形成两侧为承压盘、静盘的刹车片组；所述刹车片组设置在所述刹车壳体内、套在所述传力筒上，其中，刹车片组中的承压盘和所述传力筒靠近机轮的一端垂直固连；刹车片组中的每个动盘上的凸起均和所述刹车壳体上的限位凹槽一一对应配合，使得刹车片组中动盘和刹车壳体在周向上固定、轴向上能够相对滑动；刹车片组中的每个静盘的限位孔均和所述传力筒的外壁相配合，使得刹车片组中静盘和传力筒在周向上固定、轴向上能够相对滑动；

所述刹车驱动模块包含支架、第一至第四压电叠堆组件、第一至第二柔性位移放大机构；

所述支架呈U形，包含第一侧板、第二侧板和底板，所述底板的两端分别和第一侧板的一端、第二侧板的一端垂直固连；所述底板的两侧均设有U形缺口、中心设有供所述轮轴穿过的通孔；

所述第一、第二压电叠堆组件固定在所述第一侧板靠近第二侧板的一面上，第三、第四压电叠堆组件固定在所述第二侧板靠近第一侧板的一面上；

所述第一、第二柔性位移放大机构均包含两个输入端和一个输出端，能够将两个输入端输入的位移放大后由输出端输出；所述第一柔性位移放大机构的两个输入端分别和所述第一、第三压电叠堆组件固连，所述第二柔性位移放大机构的两个输入端分别和所述第二、第四压电叠堆组件固连；所述第一、第二柔性位移放大机构的输出端分别穿过底板的两侧的U形缺口；

飞行器正常行驶时，第一、第二柔性位移放大机构的输出端和所述刹车片组中靠近支架的静盘之间留有间隙；飞行器刹车时，所述第一至第四压电叠堆组件驱动第一、第二柔性位移放大机构的输出端和所述刹车片组中靠近支架的静盘相抵，使得各个静盘和各个动盘接触摩擦、进而产生刹车力矩从而使飞行器刹停。

2.根据权利要求1所述的基于压电驱动柔性位移放大机构的飞行器刹车制动装置，其特征在于，所述第一、第二柔性位移放大机构的输出端上均设有压力传感器。