CN110834721A - 一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置 - Google Patents

一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置，包括两组着陆装置主体，每组所述着陆装置主体包括支撑装置、驱动装置、滑橇和控制系统；所述支撑装置包括连接座和支撑腿，所述支撑腿包括至少两节互相分离的腿体；连接座、支撑腿和滑橇依次转动连接，所有转动连接部位均设有轴承，每个转动连接处均设置有驱动装置。该装置同时具有腿式起落架和滑橇式起落架的优点，由于支撑腿的姿态和滑橇的角度均可调，可用于垂直起降飞行器的斜坡着陆和台阶着陆，着陆后腿部姿态可根据地形实时调节以保证垂直起降飞行器机身姿态的水平，可有效防止飞行器因地形原因造成的机身重心变化，因而可以有效避免飞行器发生侧翻。

Description

一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置
技术领域
本发明属于垂直起降飞行器的设计领域，更具体地，特别涉及一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置。
背景技术
垂直起降技术是飞机不需要滑跑就可以起飞和着陆的技术，其诞生主要是因为飞机滑跑起飞方式的不足。垂直起降飞行器由于减少或基本摆脱了对跑道的依赖，只需要很小的平地就能实现起飞和降落，所以不需要专门的机场和跑道，因此在战争中便于灵活出击、转移和伪装隐蔽，其出勤率大幅提高，也大大提高了飞机的战场生存率。因为不需要专门的机场和跑道，也省去的昂贵的机场建设费用，降低了使用成本，所以飞机的垂直起降成为航空发展的重要方向。
现阶段，垂直起降飞行器的着陆装置多采用前三点式油气式起落架和管簧式滑橇起落架。对于着陆重量较大的垂直起降飞行器，也使用将管簧与缓冲器组合的起落架形式，并在机身下部安装缓冲结构；对于着陆重量较小的垂直起降飞行器，多使用固定式脚架为机身支撑。在使用过程中，均存在不同程度的使用限制，如油气式起落架结构复杂、重量较大，且使用时容易损坏；滑橇式起落架和固定式脚架无法收放、会对飞行时的空气动力产生干扰，不利于减小飞行过程中的阻力，对起降地点适应性也较差。
根据已有专利，有一种可伸缩的脚架已在航拍垂直起降飞机采用，目的是为了避免拍摄过程中脚架对旋转相机的影响，其工作时脚架向外展开，但是会影响飞行器的性能，同时，在飞行器不使用时，脚架部分无论在展开或非展开的状态，均会造成飞行器占用的空间较大，不利于飞行器的储存和运输。还有一种应用于小型航拍飞行器的仿生起落架，采用至少两组起落架主体，通过牵引装置将支撑腿收起，可以避免飞行过程中对空气动力的干扰，使得运输体积更小，但该方案只能用于小型飞行器的水平地面着陆，不具备地形自适应性。
本发明公开一种适用于垂直起降飞行器的腿橇结合式着陆装置，结合腿式起落架和滑橇式起落架的优点，具有结构简单，地形适应性强、起落架可折叠等特点。
发明内容
发明目的
本发明的目的在于提供一种适用于垂直起降飞行器的腿橇结合式着陆装置，该装置采用仿生腿式结构和滑橇相结合的方式，兼备腿式起落架结构灵活和滑橇式起落架结构简单的优点。可有效解决现有起落架存在的不可收起、着陆环境适应能力差的问题，可用于垂直起降飞行器的斜坡着陆和台阶着陆，并有效防止飞行器因重心变化而发生侧翻。
发明技术解决方案
一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置，包括两组着陆装置主体，每组所述着陆装置主体包括支撑装置、驱动装置、滑橇和控制系统；所述支撑装置包括连接座和支撑腿，所述支撑腿包括至少两节互相分离的腿体；连接座、支撑腿和滑橇依次转动连接，所有转动连接部位均设有轴承，每个转动连接处均设置有驱动装置，所述驱动装置用于驱动转动连接处转动。所述连接座的一端连接垂直起降飞行器的机身，另一端与所述支撑腿转动连接。两组所述着陆装置主体由控制系统进行控制，控制系统放置于机身上。
优选的，所述驱动装置包括依次通过轴连接的减速机、制动器、驱动电机和编码器；还包括控制驱动电机的驱动器。所述减速机的输出轴将驱动力矩输出，通过传动轴驱动所述转动连接部位的转动。
优选的，所述支撑腿与滑橇之间还连接设置有力传感器，力传感器测量值作为控制系统输入量，输出给所述驱动装置的驱动信号，控制所述支撑腿的动作和所述滑橇与所述支撑腿的角度。
优选的，所述滑橇采用轻质金属或复合材料。具有足够的长度尺寸和足够的强度刚度，保证不会由于冲击载荷而破坏，也保证垂直起降飞行器着陆后不发生前后倾倒。
优选的，所述滑橇底部设置有防滑橡胶层，起到防滑和缓冲的作用。
优选的，所述转动连接为转轴连接，安装有轴套的转轴穿过轴承内圈，所述轴套抵住轴承内圈，保证轴承内圈和转轴以及转动杆之间无相对转动，轴承外圈与转动连接部位另一转动杆采用过盈配合，保证转动连接部位的两部分转动杆可以发生相对转动。
优选的，所述驱动装置的输出轴通过传动轴与转动连接部位的转轴固定，驱动转轴旋转。
本发明的优点
本发明的优点在于：
(1)本发明提供的着陆装置采用仿生设计理念，其设计基础源于飞鸟，起落装置包括两个状态，即收起状态和展开状态，可满足飞行过程和着陆过程的需要；
(2)本发明的着陆装置有效结合腿式起落架和滑橇式起落架的优点，避免了油气式起落架结构复杂的问题，也避免了滑橇式起落架地形适应性差的问题；
(3)本发明的支撑腿存在两个转动关节，支撑腿与滑橇的连接处存在一个转动关节，每组着陆装置主体上存在三个转动关节，使得着陆装置具有很好的地形自适应性，可以适应斜坡、台阶等地形的着陆，并通过调整着陆装置主体的姿态保持机身的姿态；
(4)本发明通过滑橇实现垂直起降飞行器的防倾倒、防侧滑功能，结合支撑腿的姿态调节，可实现垂直起降飞行器着陆时的抗侧翻、抗倾倒，提高着陆的安全性。
附图说明
图1为本发明的一种垂直起降飞行器的腿橇结合式着陆装置展开状态侧视图。
图2为本发明的一种垂直起降飞行器的腿橇结合式着陆装置收起状态侧视图。
图3为本发明的一种垂直起降飞行器的腿橇结合式着陆装置展开状态正视图。
图4为本发明的一种垂直起降飞行器的腿橇结合式着陆装置结构示意图。
图5为为本发明的一种垂直起降飞行器的腿橇结合式着陆装置斜坡着陆示意图。
图6为本发明的一种垂直起降飞行器的腿橇结合式着陆装置台阶着陆示意图。
附图中：1—着陆装置主体，2—支撑装置，3—驱动装置，4—滑橇，5—机身，6—连接座，7-支撑腿，8—股节，9—胫节，10—股节运动关节，11—胫节运动关节，12—踝关节，13—力传感器，14—防滑橡胶层。
具体实施方式
结合发明内容概述和附图，详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
如附图1所示，垂直起降飞行器腿橇结合式着陆装置有两组着陆装置主体1，每组着陆装置主体1包括支撑装置2、驱动装置3、滑橇4和控制系统。所述支撑装置2包括连接座6和支撑腿7，以支撑腿7包括两节互相分离腿体的垂直起降飞行器腿橇结合式着陆装置为例，支撑腿7分为股节8和胫节9。股节8和胫节9之间转动连接，所述连接座6的一端连接垂直起降飞行器的机身5，另一端与所述支撑腿7的股节8转动连接，所述支撑腿的胫节9下端装有力传感器13，再通过转动连接与滑橇4连接，所有转动连接部位均设有轴承。所述滑橇4采用轻质金属或复合材料的材质，底部设置有防滑橡胶层14。
所述驱动装置3用于驱动支撑腿7的股节8和胫节9转动，每个转动连接均由驱动装置3驱动。驱动装置3包括驱动电机、减速机、制动器和编码器和驱动器，所述驱动电机和编码器与减速机的轴相连，所述制动器安装于连接轴上，用于轴的锁定，连接顺序为减速机、制动器、电机和编码器。所述减速机的输出轴将驱动力矩输出，通过传动轴驱动所述转动连接部位的转动，所述驱动器的作用为控制驱动电机。
两组所述着陆装置主体1由控制系统进行控制，控制系统放置于机身上，通过胫节9下端的力传感器13测量值作为控制系统输入量，输出给所述驱动装置的驱动信号，控制所述支撑腿7的动作和所述滑橇4与所述胫节9的角度。
所述转动连接为转轴连接，转轴通过轴承的内圈，转轴上安装有轴套，所述轴套抵住轴承内圈，保证轴承内圈和转轴以及转动杆之间无相对转动，轴承外圈与转动连接部位另一转动杆采用过盈配合，保证转动连接部位的两部分转动杆可以发生相对转动。
所述驱动装置3的输出轴通过传动轴与转动连接部位的转轴固定，驱动转轴旋转。
垂直起降飞行器腿橇结合式着陆装置存在展开状态和收起状态两个状态。
收起或展开动作通过支撑装置2和滑橇4的关节动作实现，一组着陆装置主体1共有3个关节。支撑装置2的连接座6与机身5固连，股节运动关节10位于连接座6上，胫节运动关节11位于支撑腿7的股节8和胫节9之间，踝关节12位于胫节8与滑橇4之间。动作时，驱动装置3驱动股节运动关节10、胫节运动关节11和踝关节12运动，调整支撑装置2和滑橇4的姿态，实现展开和收起动作。
着陆过程中，由控制系统进行控制，控制系统放置于机身5上，通过胫节9下端的力传感器13测量值作为控制系统输入量，输出量为给驱动装置的驱动信号，控制股节运动关节10、胫节运动关节11和踝关节12的动作。
收起时，首先在股节运动关节10的作用下，保证股节8与机身平行，收于机身下方，再在胫节运动关节11的作用下，收起胫节9，保证胫节9与股节8平行，最后旋转踝关节12，保证滑橇收起，贴紧胫节9和机身5。
实施例2：
垂直起降飞行器腿橇结合式着陆装置可实现飞行器的斜坡着陆和台阶着陆。其着陆过程同具体实施例1的展开动作相同。
不同之处为，在着陆过程中，触及台阶或斜坡高处的一侧滑橇4首先着陆，通过胫节9下端的力传感器13测量值作为控制系统输入量检测到触地信号，该侧支撑装置2的股节运动关节10和胫节运动关节11转动，调整支撑腿7的长度，使得机身5的高度降低，直到另一侧滑橇触及台阶或斜坡的低处，同样产生力传感器13测量值。继续调节两侧支撑腿7的长度，直到两侧力传感器13测量值基本相等，到达设置允许误差范围内，着陆过程完成。
实施例1与实施例2的垂直起降飞行器的腿橇结合式着陆装置的结构相同，仅完成的动作不同。
相比于垂直起降飞行器的现有起落架，该装置同时具有腿式起落架和滑橇式起落架的优点，由于支撑腿的姿态和滑橇的角度均可调，可用于垂直起降飞行器的斜坡着陆和台阶着陆，着陆后腿部姿态可根据地形实时调节以保证垂直起降飞行器机身姿态的水平，可有效防止飞行器因地形原因造成的机身重心变化，因而可以有效避免飞行器发生侧翻。
本发明提供的垂直起降飞行器腿橇结合式着陆装置可通过自主控制实现收起，类似鸟类飞行时将腿收于腹下，可完全收缩在机身的下方，而不会增加占用的空间，飞行器飞行时，着陆装置的收缩可避免对飞机的空气动力产生干扰，着陆时着陆装置展开，能够实现飞行器的稳定着陆。同时，该结构也使得整机的运输体积更小，使运输更加便利。

Claims (7)

1.一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置，其特征在于：包括两组着陆装置主体(1)，每组所述着陆装置主体(1)包括支撑装置(2)、驱动装置(3)、滑橇(4)和控制系统；所述支撑装置(2)包括连接座(6)和支撑腿(7)，所述支撑腿(7)包括至少两节互相分离的腿体；连接座(6)、支撑腿(7)和滑橇(4)依次转动连接，每个连接处均设置有驱动装置。
2.如权利要求1所述的一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置，其特征在于：所述驱动装置包括依次连接的减速机、制动器、驱动电机和编码器；还包括控制驱动电机的驱动器。
3.如权利要求1所述的一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置，其特征在于：所述支撑腿(7)与滑橇(4)之间还连接设置有力传感器(13)。
4.如权利要求1所述的一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置，其特征在于：所述滑橇(4)采用轻质金属或复合材料。
5.如权利要求1所述的一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置，其特征在于：所述滑橇(4)底部设置有防滑橡胶层(14)。
6.如权利要求1所述的一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置，其特征在于：所述转动连接为转轴连接，安装有轴套的转轴穿过轴承内圈，所述轴套抵住轴承内圈，保证轴承内圈和转轴以及转动杆之间无相对转动，轴承外圈与转动连接部位另一转动杆采用过盈配合，保证转动连接部位的两部分转动杆可以发生相对转动。
7.如权利要求1所述的一种垂直起降飞行器的腿橇结合着陆装置，其特征在于：所述驱动装置的输出轴通过传动轴与转动连接部位的转轴固定，驱动转轴旋转。
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