CN111498093B - 一种滑橇式起落架的纠偏系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滑橇式起落架的纠偏系统，包含电子罗盘、差分GPS、纠偏控制盒、两个滑橇刹车作动器；两个滑橇刹车作动器分别设置在滑橇式起落架的两个滑橇基体内，均包含无刷电机、多级减速器和阻力机构，无刷电机的输出轴和多级减速器的输入齿轮同轴固连；阻力机构包含阻力滑轨和阻力插销，阻力插销上沿阻力滑轨方向设有齿条；多级减速器的输出齿轮和阻力插销上的齿条啮合；纠偏控制盒根据电子罗盘、差分GPS的测量信号控制两个滑橇刹车作动器的无刷电机工作。本发明有效利用滑撬内有限的空间，能够有效解决主起落架为滑橇形式的飞机纠偏较为困难的问题，在无需纠偏的工况下增大刹车阻力进行刹车作动，有效减少滑跑距离。

Description

一种滑橇式起落架的纠偏系统
技术领域
本发明涉及滑橇式起落架的纠偏领域，尤其涉及一种滑橇式起落架的纠偏系统。
背景技术
目前主要的起落架形式有轮式起落架、滑橇式起落架、水上起落架。使用最多的是轮式起落架结构，滑橇式起落架也有很广泛的应用，水上起落架则应用于水上飞机。针对高速起降飞行器，由于其着陆滑跑速度大，若轮式起落架，则需要较大尺寸的机轮与收放空间，同时需要一套大尺寸的刹车装置来吸收因高速滑跑产生的较大动能进行减速，但受到某些高速飞行器构型限制，没有足够的收放空间预留给轮式起落架，因此可采用滑橇式起落架来有效解决上述问题。
国内对于滑撬式起落架的研究主要在直升机以及无人机方面。具体的方向包括滑撬动力学仿真分析、减震设计以及故障排查等。美国与苏联在滑撬式起落架设计与分析方面已进行了卓有成效的研究工作。其中美国为研发高超声速发动机，设计了试验机X—15，该试验机对于起落架重量与收放空间要求较高，因此实验人员提出了采用滑橇式起落架作为主起落架的设计方案并进行了相关试验。苏联为了满足战争期间飞机可以在雪地以及紧急铺就的临时简易跑道上进行飞机的起降，降低飞机对于跑道的要求，对于在飞机上安装滑橇式起落架进行了大量的设计与实验，设计并制造了多种试验机。但试验后发现若采用全滑橇式起落架方案无法如同常规飞机一样通过差动刹车实现转向纠偏。
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，提供一种滑橇式起落架的纠偏系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种滑橇式起落架的纠偏系统，包含电子罗盘、差分GPS、纠偏控制盒、第一滑橇刹车作动器和第二滑橇刹车作动器；
所述电子罗盘、差分GPS分别用于测量飞机的偏航角和侧偏位移，并将其传递给所述纠偏控制盒；
所述第一滑橇刹车作动器、第二滑橇刹车作动器分别设置在滑橇式起落架的两个滑橇基体内，均包含无刷电机、多级减速器和阻力机构，其中，所述无刷电机固定在滑橇基体内，其输出轴和多级减速器的输入齿轮同轴固连；所述阻力机构包含阻力滑轨和阻力插销，阻力滑轨和滑橇基体的底部垂直固连，阻力插销设置在阻力滑轨内、能够沿阻力滑轨上下自由滑动，且滑橇基体和阻力滑轨结合处设有供阻力插销伸出的通孔、阻力插销上沿阻力滑轨方向设有齿条；所述多级减速器的输出齿轮和所述阻力插销上的齿条啮合，使得无刷电机能够控制阻力插销伸出或缩回滑橇基体；
所述纠偏控制盒分别和电子罗盘、差分GPS、第一滑橇刹车作动器的无刷电机、第二滑橇刹车作动器的无刷电机电气相连，用于根据电子罗盘、差分GPS的测量信号控制第一滑橇刹车作动器的无刷电机、第二滑橇刹车作动器的无刷电机工作。
作为本发明一种滑橇式起落架的纠偏系统进一步的优化方案，所述多级减速器包含主斜齿轮、次斜齿轮、一级主齿轮、一级次齿轮、二级主齿轮和二级次齿轮；
所述主斜齿轮为多级减速器的输入齿轮，其转轴和无刷电机的输出轴同轴固连；
所述次斜齿轮、一级主齿轮的转轴同轴固连，一级次齿轮、二级主齿轮的转轴同轴固连；
所述主斜齿轮、次斜齿轮啮合，一级主齿轮、一级次齿轮啮合，二级主齿轮、二级次齿轮啮合，且次斜齿轮、一级次齿轮、二级次齿轮的齿数分别大于主斜齿轮、一级主齿轮、二级主齿轮的齿数。
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.采用带有改变传动方向功能的多级减速器，可以有效的传动并且有效利用滑撬内有限的空间；
2.采用阻力插销装置纠偏可以有效解决主起落架为滑橇形式的飞机纠偏较为困难的问题；
3.可在草地，干湖床，以及临时搭建的软跑道上实现着陆纠偏，有较好的适应性；
4.适用于对起落架空间与重量要求较高的飞机，有利于提高主起为滑橇式起落架的飞行器的纠偏能力；
5.可以在无需纠偏的工况下增大刹车阻力进行刹车作动，有效减少滑跑距离。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明中滑橇刹车作动器的结构示意图；
图3是本发明中无刷电机和多级减速器相配合的结构示意图；
图4是本发明中阻力插销的结构示意图。
图中，1-滑橇基体，2-无刷电机，3-主斜齿轮，4-次斜齿轮，5-一级主齿轮，6-一级次齿轮，7-二级主齿轮，8-二级次齿轮，9-阻力滑轨，10-阻力插销。
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，本发明公开了一种滑橇式起落架的纠偏系统，包含电子罗盘、差分GPS、纠偏控制盒、第一滑橇刹车作动器和第二滑橇刹车作动器。
所述电子罗盘、差分GPS分别用于测量飞机的偏航角和侧偏位移，并将其传递给所述纠偏控制盒。
所述第一滑橇刹车作动器、第二滑橇刹车作动器分别设置在滑橇式起落架的两个滑橇基体内，均包含无刷电机、多级减速器和阻力机构，如图2所示，其中，所述无刷电机固定在滑橇基体内，其输出轴和多级减速器的输入齿轮同轴固连；所述阻力机构包含阻力滑轨和阻力插销，阻力滑轨和滑橇基体的底部垂直固连，阻力插销设置在阻力滑轨内、能够沿阻力滑轨上下自由滑动，且滑橇基体和阻力滑轨结合处设有供阻力插销伸出的通孔、阻力插销上沿阻力滑轨方向设有齿条，如图4所示；所述多级减速器的输出齿轮和所述阻力插销上的齿条啮合，使得无刷电机能够控制阻力插销伸出或缩回滑橇基体；
所述纠偏控制盒分别和电子罗盘、差分GPS、第一滑橇刹车作动器的无刷电机、第二滑橇刹车作动器的无刷电机电气相连，用于根据电子罗盘、差分GPS的测量信号控制第一滑橇刹车作动器的无刷电机、第二滑橇刹车作动器的无刷电机工作。
如图2、图3所示，所述多级减速器包含主斜齿轮、次斜齿轮、一级主齿轮、一级次齿轮、二级主齿轮和二级次齿轮；
所述主斜齿轮为多级减速器的输入齿轮，其转轴和无刷电机的输出轴同轴固连；
所述次斜齿轮、一级主齿轮的转轴同轴固连，一级次齿轮、二级主齿轮的转轴同轴固连；
所述主斜齿轮、次斜齿轮啮合，一级主齿轮、一级次齿轮啮合，二级主齿轮、二级次齿轮啮合，且次斜齿轮、一级次齿轮、二级次齿轮的齿数分别大于主斜齿轮、一级主齿轮、二级主齿轮的齿数。
工作时，第一滑橇刹车作动器和第二滑橇刹车作动器的无刷电机伺服，电子罗盘与差分 GPS测量飞机的偏航角与侧偏位移，将测得的数据传入纠偏控制盒中。纠偏控制盒通过设定好的纠偏控制律发出纠偏指令发送给第一滑橇刹车作动器和第二滑橇刹车作动器的无刷电机使其以一定的速度转动，无刷电机输出轴带动多级减速器作动，多级减速器起到减速，改变传动方向的作用，多级减速器带动阻力插销上下作动，改变插入软跑道的深度，通过左右插销深度的不同，即左右阻力的不等产生侧向力与纠偏力矩，由此实现纠偏所需的力与力矩。当不需要进行纠偏作动时，左右两侧阻力插销同时放下，并且左右插销的深度相同，左右阻力相同，不产生纠偏力矩，只进行刹车作动。
纠偏控制盒得到由电子罗盘和差分GPS测得的偏航角与侧偏位移后，通过纠偏控制律计算得到指令信号，如果飞机左偏，则控制右侧阻力插销插入的深度比左侧的阻力插销插入的深度要大，此时飞机受到差动力矩的作用进行姿态的调整，同时由于跑道为软跑道，起落架有一定的下沉量，在姿态的调整过程中跑道对于起落架有一定的侧向力，从而纠正飞机的速度方向。通过上述过程实现主起为滑橇式起落架的飞机在着陆过程的纠偏任务。
滑橇式起落架纠偏装置的工作原理如下：
图1是整个滑橇式起落架纠偏装置纠偏工作的流程示意图，图中电子罗盘与差分GPS固联在飞机上，测量到飞机着陆滑跑过程中的偏移距离和偏航角信号，传入纠偏控制盒，经过一套纠偏控制律的调节，得到纠偏所需要的指令，驱动电传机构作动使得飞机回到正常的滑跑轨迹。
下述为纠偏控制盒所执行的纠偏控制律，首先根据电子罗盘与差分GPS所测得的数据加权后得到纠偏信号指令，随后根据纠偏控制律得到左右刹车系统所需要具体执行的指令信号。
纠偏信号指令表达式为：
δb＝Kty(ψ-ψ0)+Kby(y-y0)
具体的纠偏控制律如下：
Figure GDA0002532385500000041
其中，δbl,δbr为分配单元分配给第一滑橇刹车作动器和第二滑橇刹车作动器的指令信号。εb为纠偏信号的阈值，这里εb是一个很小的正数，目的是在飞机只有很小偏航时不对其进行纠偏，防止电子罗盘与差分GPS误差引起的纠偏系统频繁工作，在不进行差动纠偏时，两侧滑橇都正常进行防滑刹车，控制律中该阈值的加入也能够有效提高飞机刹车效率。
纠偏装置收到指令后，无刷电机工作，输出轴旋转，带动主斜齿轮与次斜齿轮转动，经过之后的一级齿轮组与二级齿轮组减速后，得到适合驱动阻力插销的转速。经过多级减速后，可以使得电机输出的大转速转变为小转速，有效的减轻了高转速对于机构的损伤，也更方便，更贴合实际的控制阻力插销进行上下作动。
无刷电机输出轴与主斜齿轮通过键连接，每组齿轮之间是啮合状态，不同组的齿轮安装与轴相同的轴上。
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. 一种滑橇式起落架的纠偏系统，其特征在于，包含电子罗盘、差分GPS 、纠偏控制盒、第一滑橇刹车作动器和第二滑橇刹车作动器；
所述电子罗盘、差分GPS分别用于测量飞机的偏航角和侧偏位移，并将其传递给所述纠偏控制盒；
所述第一滑橇刹车作动器、第二滑橇刹车作动器分别设置在滑橇式起落架的两个滑橇基体内，均包含无刷电机、多级减速器和阻力机构，其中，所述无刷电机固定在滑橇基体内，其输出轴和多级减速器的输入齿轮同轴固连；所述阻力机构包含阻力滑轨和阻力插销，阻力滑轨和滑橇基体的底部垂直固连，阻力插销设置在阻力滑轨内、能够沿阻力滑轨上下自由滑动，且滑橇基体和阻力滑轨结合处设有供阻力插销伸出的通孔、阻力插销上沿阻力滑轨方向设有齿条；所述多级减速器的输出齿轮和所述阻力插销上的齿条啮合，使得无刷电机能够控制阻力插销伸出或缩回滑橇基体；
所述纠偏控制盒分别和电子罗盘、差分GPS、第一滑橇刹车作动器的无刷电机、第二滑橇刹车作动器的无刷电机电气相连，用于根据电子罗盘、差分GPS的测量信号控制第一滑橇刹车作动器的无刷电机、第二滑橇刹车作动器的无刷电机工作。
2.根据权利要求1所述的滑橇式起落架的纠偏系统，其特征在于，所述多级减速器包含主斜齿轮、次斜齿轮、一级主齿轮、一级次齿轮、二级主齿轮和二级次齿轮；
所述主斜齿轮为多级减速器的输入齿轮，其转轴和无刷电机的输出轴同轴固连；
所述次斜齿轮、一级主齿轮的转轴同轴固连，一级次齿轮、二级主齿轮的转轴同轴固连；
所述主斜齿轮、次斜齿轮啮合，一级主齿轮、一级次齿轮啮合，二级主齿轮、二级次齿轮啮合，且次斜齿轮、一级次齿轮、二级次齿轮的齿数分别大于主斜齿轮、一级主齿轮、二级主齿轮的齿数。
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