CN112407260B - 一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，包括轮胎、轮轴、轮轴转动轮、摩擦轮、转动支杆、下扭力臂、随动支杆、扭力臂轴、上扭力臂、内筒、外筒、电机、转动轮橡胶层和摩擦轮橡胶层，下扭力臂通过扭力臂轴与上扭力臂连接；上扭力臂与外筒铰接；轮轴与轮轴转动轮固连，轮轴转动轮设有转动轮橡胶层；转动支杆、下扭力臂、随动支杆与内筒构成四连杆机构，摩擦轮与转动支杆固连，同时与电机建立传动关系，摩擦轮设有摩擦轮橡胶层，通过橡胶层与转动轮橡胶层，与轮轴转动轮建立摩擦传动关系。本发明适用于天地往返运载器减速着陆系统中，能够降低缓冲器主结构受力，减小机轮磨损，大幅改善运载器着陆系统受载情况，避免脱胎现象，提高着陆可靠性。

Description

一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器

技术领域

本发明涉及一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，属于天地往返运输系统减速着陆技术领域。

背景技术

近空间飞行器集航空、航天技术于一体，既是理想的可到达全球任何地点的超高速运输工具，又是可重复使用的天地往返运输系统以及短期的在轨飞行平台，因此近空间飞行器具有极高的军民两用价值。随着我国航空航天事业的飞速发展，自由进出空天技术将是国家科技中长期发展战略的重要组成部分，对高超声速临近空间飞行器着陆减速技术展开研究十分必要。近空间飞行器着陆减速系统采用飞机起落架方案，在此基础上做出改进设计，以适应飞行器所经历的空间环境和着陆条件。

我国在有人驾驶飞机、无人机起落架方面技术相对成熟，一般飞机前起落架结构包含缓冲器、操纵作动筒、机轮等，飞机着陆速度很高，正常在200km/h以上，机轮在接触地面的瞬间，线速度由0瞬间增加到飞机着陆速度，给起落架缓冲器带来较大横向载荷，同时给轮胎带来一定的磨损。虽然现在飞机起落架结构能够经受各种着陆载荷的考验，但是起落架重量占飞机重量的12％～15％。近空间飞行器受限于空天往返的高昂成本，以及往返次数远低于飞机起落架的使用次数，因此结构轻量化要求更高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，采用电机驱动接触摩擦式传动实现机轮预起转，采用铝基高模复合材料加镀层方法及钛合金材料设计主要结构，实现缓冲器轻量化设计目标，提高了大型天地往返运载器的着陆可靠性。

本发明解决技术的方案是：

一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，包括轮胎、轮轴、轮轴转动轮、摩擦轮、转动支杆、下扭力臂、随动支杆、扭力臂轴、上扭力臂、内筒、外筒、电机、转动轮橡胶层和摩擦轮橡胶层，

下扭力臂通过扭力臂轴与上扭力臂连接；上扭力臂与外筒铰接；

轮轴与轮轴转动轮固连，轮轴转动轮设有转动轮橡胶层；

转动支杆、下扭力臂、随动支杆与内筒构成四连杆机构，

摩擦轮与转动支杆固连，同时与电机建立传动关系，

摩擦轮设有摩擦轮橡胶层，通过橡胶层与转动轮橡胶层，与轮轴转动轮建立摩擦传动关系；

电机运动带动摩擦轮转动，经摩擦传动带动轮轴，实现预起转；

在着陆缓冲过程中，内筒向上运动，经四连杆机构传递几何关系，解除摩擦轮与轮轴转动轮的摩擦传动关系。

进一步的，缓冲器在着陆前，处于全伸长状态，缓冲器腔内空气压力使内筒和外筒伸长运动，使得轮轴和扭力臂轴远离运动，使摩擦轮与轮轴转动轮相互挤压，建立摩擦传动关系。

进一步的，在接到预起转指令后，电机经轴系带动摩擦轮旋转，经摩擦传动关系带动轮轴旋转。

进一步的，缓冲器在着陆时，轮轴达到预起转速度，着陆后内筒和外筒收缩运动，轮轴和扭力臂轴相互靠近，摩擦轮与轮轴转动轮经四连杆机构，实现快速分离。

进一步的，在内筒外表面和外筒内表面使用铝基高模复合层和表面高强度镀层，提高结构的局部强度，实现结构的轻量化。

进一步的，铝基高模复合层和表面高强度镀层厚度为0.1-0.5mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明适用于天地往返运载器减速着陆系统中，能够降低缓冲器主结构受力，减小机轮磨损，大幅改善运载器着陆系统受载情况，避免脱胎现象，提高着陆可靠性；

(2)本发明由于横向载荷的大幅降低，缓冲器载荷情况大幅改善，进而采用铝基高模复合材料加镀层方法及钛合金材料为主要结构的用材，大幅降低缓冲器结构重量，从而降低天地往返运载器制造运营的成本。

附图说明

图1为本发明预起转前起落架缓冲器组成图；

图2为本发明轻结构复合材料分布图组成；

图3为本发明运动关系位置图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，如图1、2所示，包括轮胎1、轮轴2、轮轴转动轮3、摩擦轮4、转动支杆5、下扭力臂6、随动支杆7、扭力臂轴8、上扭力臂9、内筒10、外筒11、电机12、转动轮橡胶层13和摩擦轮橡胶层14，

下扭力臂6通过扭力臂轴8与上扭力臂9连接；上扭力臂9与外筒11铰接；

轮轴2与轮轴转动轮3固连，轮轴转动轮3设有转动轮橡胶层13；

转动支杆5、下扭力臂6、随动支杆7与内筒10构成四连杆机构，

摩擦轮4与转动支杆5固连，同时与电机12建立传动关系，

摩擦轮4设有摩擦轮橡胶层14，通过橡胶层与转动轮橡胶层13，与轮轴转动轮3建立摩擦传动关系；

电机12运动带动摩擦轮4转动，经摩擦传动带动轮轴2，实现预起转；

在着陆缓冲过程中，内筒10向上运动，经四连杆机构传递几何关系，解除摩擦轮4与轮轴转动轮3的摩擦传动关系。

预起转机构(包括转动支杆5、下扭力臂6、随动支杆7)实现与缓冲器主体结构部分(包括前起落架缓冲器的内、外筒、扭力臂组件以及减摆装置)集成安装。建立机构运动关系、轴系传动关系和摩擦传动关系三个运动关系的联系实行预起转以及连接与分离三个功能。转动支杆5、下扭力臂6、随动支杆7与主结构(为内筒10)构成四连杆机构，建立机构运动关系；摩擦轮4与转动支杆5固连，与电机12建立轴系传动关系；摩擦轮4通过橡胶层与轮轴转动轮3建立摩擦传动关系。

缓冲器在着陆前，处于全伸长状态，缓冲器腔内空气压力使内筒10和外筒11伸长运动，使得轮轴2和扭力臂轴8远离运动，造成存在摩擦轮4与轮轴转动轮3相互挤压，建立摩擦传动关系。

在接到预起转指令后，电机12经轴系带动摩擦轮4旋转，经摩擦传动关系带动轮轴2的旋转。

缓冲器在着陆时，轮轴2已经达到预起转速度，着陆后内筒10和外筒11收缩运动，轮轴2和扭力臂轴8相互靠近，摩擦轮4与轮轴转动轮经四连杆机构的几何关系，实现快速分离，轮胎带速度着陆，降低着陆瞬间起转造成的对缓冲器主体结构的横向载荷，为结构降载减重创造了条件。

轻结构复材结构主要针对内筒10和外筒11，在内筒外表面和外筒内表面使用表面高强度镀层16，在有转动和轴孔接触处，使用镀层。在横向载荷的降低下，采用复合材料和表面镀层方案，实现结构的轻量化。

完成预起转的连接与分离功能需要满足一定的运动关系，如图3所示。在进行预起转时，缓冲器处于全伸长状态，摩擦轮4与轮轴转动轮3的橡胶层有挤压关系；在缓冲器着陆缓冲时，缓冲器开始位移S时，中心间距L增大，L的增大为满足几何条件下的最快增长速率，保证摩擦轮4与轮轴转动轮3的橡胶层分开迅速。

本发明将起落架缓冲器减震缓冲、操纵减摆与预起转功能集成于一体，将预起转装置安装于机轮轴与扭力臂轴之间，采用电机为动力源，转动摩擦轮，通过橡胶轮与轮胎转动轮的摩擦力使得机轮转动的方式来完成预起转功能，极大节省安装空间，结构比较简单可靠；

预起转使得横向载荷大幅度减少，主承力部件(内筒和外筒)采用铝基高模复合材料加镀层方法，仅保留内外筒接触面的表面强度，进而大幅降低结构重量；

借用扭力臂组件和内筒，形成四连杆机构，实现缓冲器全伸长时摩擦轮与轮胎转动轮的接触，在缓冲器压缩过程中分离；

利用缓冲器在全伸长时剩余压力形成的压力载荷，实现摩擦轮与轮胎转动轮的压力接触；

利用着陆缓冲过程中，扭力臂轴相对机轮轴发生相对位移，将摩擦轮推离机轮的分离操作，利用缓冲器自身动作为分离触发点，分离方式简单可靠，有效保证着陆后起转装置不会干扰起落架完成正着陆滑跑程序；

预起转机构的摩擦轮安装位置可调，可根据缓冲器全伸长的压力，调整与进行轮轴转动轮压力载荷，也可用于安装时调整缓冲器的全伸长位置，作为全伸长位置的限位结构；

采用可控预起转机轮装置，使缓冲器横向载荷大幅降低，从而减缓轮胎和缓冲器受力，并能够避免脱胎现象，降低轮胎磨损率，提高着陆可靠性。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，其特征在于，包括轮胎(1)、轮轴(2)、轮轴转动轮(3)、摩擦轮(4)、转动支杆(5)、下扭力臂(6)、随动支杆(7)、扭力臂轴(8)、上扭力臂(9)、内筒(10)、外筒(11)、电机(12)、转动轮橡胶层(13)和摩擦轮橡胶层(14)，

下扭力臂(6)通过扭力臂轴(8)与上扭力臂(9)连接；上扭力臂(9)与外筒(11)铰接；

轮轴(2)与轮轴转动轮(3)固连，轮轴转动轮(3)设有转动轮橡胶层(13)；

转动支杆(5)、下扭力臂(6)、随动支杆(7)与内筒(10)构成四连杆机构；

摩擦轮(4)与转动支杆(5)固连，同时与电机(12)建立传动关系，

摩擦轮(4)设有摩擦轮橡胶层(14)，通过橡胶层与转动轮橡胶层(13)，与轮轴转动轮(3)建立摩擦传动关系；

电机(12)运动带动摩擦轮(4)转动，经摩擦传动带动轮轴(2)，实现预起转；

在着陆缓冲过程中，内筒(10)向上运动，经四连杆机构传递几何关系，解除摩擦轮(4)与轮轴转动轮(3)的摩擦传动关系；

缓冲器在着陆前，处于全伸长状态，缓冲器腔内空气压力使内筒(10)和外筒(11)伸长运动，使得轮轴(2)和扭力臂轴(8)远离运动，使摩擦轮(4)与轮轴转动轮(3)相互挤压，建立摩擦传动关系。

2.根据权利要求1所述的一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，其特征在于，在接到预起转指令后，电机(12)经轴系带动摩擦轮(4)旋转，经摩擦传动关系带动轮轴(2)旋转。

3.根据权利要求1所述的一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，其特征在于，缓冲器在着陆时，轮轴(2)达到预起转速度，着陆后内筒(10)和外筒(11)收缩运动，轮轴(2)和扭力臂轴(8)相互靠近，摩擦轮(4)与轮轴转动轮经四连杆机构，实现快速分离。

4.根据权利要求1所述的一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，其特征在于，在内筒外表面和外筒内表面使用铝基高模复合层(15)和表面高强度镀层(16)，提高结构的局部强度，实现结构的轻量化。

5.根据权利要求4所述的一种可预起转轻结构复材前起落架缓冲器，其特征在于，铝基高模复合层(15)和表面高强度镀层(16)厚度为0.1-0.5mm。

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