CN113104201B - 一种飞机前轮转弯系统及民用支线飞机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机前轮转弯系统及民用支线飞机，包括：泵体，所述泵体采用超磁致伸缩泵，超磁致伸缩材料泵内的线圈与电源连接；作动筒：内部设有作动筒活塞，作动筒活塞将作动筒内部空间分为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室均与液压油路连接，液压油路通过控制阀与泵体连接，所述作动筒活塞通过传动机构与前起落架转弯支柱连接，本发明的转弯系统安全性好。

Description

一种飞机前轮转弯系统及民用支线飞机

技术领域

本发明涉及飞机机载系统技术领域，具体涉及一种飞机前轮转弯系统及民用支线飞机。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

飞机前轮转弯系统是飞机地面操控的主要机载系统之一，其能否正常工作将严重影响飞机安全。现代飞机前轮转弯系统多采用来自飞机机翼下发动机上连接的发动机驱动泵实现液压能源供应。而发明人发现，前起落架舱的转弯作动筒距离发动机驱动泵较远，管路过长，压降较大，特别是导管容易磨损甚至断裂，液压油容易发生渗漏，从而影响飞机在起飞或降落阶段的转弯功能，影响飞机的安全性。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种飞机前轮转弯系统，使用安全性好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种飞机前轮转弯系统。包括：

泵体，用于安装在前起落架舱内，所述泵体采用超磁致伸缩材料泵，超磁致伸缩材料泵内的线圈与电源连接；

作动筒：内部设有作动筒活塞，作动筒活塞将作动筒内部空间分为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室均与液压油路连接，液压油路通过控制阀与泵体连接，所述作动筒活塞通过传动机构与前起落架转弯支柱连接。

可选的，所述泵体包括泵壳体，所述壳体内设有能够沿壳体轴线方向运动的泵体活塞，泵体活塞一端通过活塞杆与由超磁致材料制成的伸缩棒一端连接，伸缩棒的另一端与预紧调节件接触，预紧调节件螺纹连接在泵壳体上，活塞杆与泵壳体之间设有弹性件，伸缩棒的外周设有线圈，线圈的外周设有永磁铁环。

可选的，所述伸缩棒的外周设有线圈骨架，所述线圈骨架与外壳固定连接，所述线圈缠绕在线圈骨架上。

可选的，所述弹性件采用蝶形弹簧，所述蝶形弹簧一端与活塞外周面设置的凸台连接，另一端与固定在外壳的套筒盖固定连接。

可选的，所述控制阀采用三位四通电磁阀；

相应的，液压油路包括控制阀与泵体之间的第一油管、控制阀与油箱之间的第二油管、油箱与泵体之间的第三油管，控制阀与第一腔室之间的第四油管及控制阀与第二腔室之间的第五油管，第一油管和第二油管分别安装有允许液体通过方向相反的第一单向阀和第二单向阀。

可选的，所述第四油管和第五油管之间设置有安全阀。

可选的，所述第四油管或第五油管与蓄压器连接。

可选的，所述传动机构包括固定在转弯作动筒活塞上的齿条，所述前起落架转弯支柱上设有齿轮，齿轮与齿条相啮合。

可选的，所述前起落架转弯支柱上安装有角度检测传感器，用于检测前起落架转弯支柱的转动角度。

第二方面，本发明的实施例提供了一种民用支线飞机，安装有第一方面所述的飞机前轮转弯系统。

本发明的有益效果：

1.本发明的转弯系统，利用电源和超磁致伸缩材料泵来提供液压能源供应，无需利用飞机机翼下发动机上连接的发动机驱动泵实现液压能源供应，减少了管路过长，导管之间间隙不足等导致的导管磨损甚至断裂现象，保证了飞机的转弯功能和安全性。

2.本发明的转弯系统，超磁致伸缩泵内设有弹性件和预紧调节件，能够对伸缩棒施加预紧力，使得伸缩棒在外部激励磁场的作用下，可以得到更大的磁致伸缩系统，同时磁致伸缩系统筒磁场强度也呈现更强的非线性，使得其具有更好的输出特性，可以更加方便的精准控制速度和力值，满足了飞机转弯需要精准控制的需求。

3.本发明的飞机转弯系统，不同于常见的双转弯作动筒的转弯系统，或单转弯作动筒配合减摆器构型，所设计的泵体直接安装在前起落架舱内，在前起落架支柱上驱动一个齿轮齿条式转弯作动筒，配合角位移传感器及转弯控制单元实现闭环控制，零部件数量，液压管路大幅度减小，整个系统的重量大幅度下降。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体液压示意图；

图2为本发明实施例1泵体结构示意图；

图3为本发明实施例1作动筒结构示意图；

图4为本发明实施例1工作原理示意图；

图5为本发明实施例1泵体工作原理示意图；

其中，1.顶部端盖，2.集成块，3.液压油油腔，4.金属膜片，5.泵体活塞，6.活塞杆，7.套筒盖，8.碟形弹簧，9.Terfenol-D棒，10.磁化激励线圈，11.线圈骨架，12.永磁体环，13.底部端盖，14.调整螺栓，15.壳体，16.作动筒，16-1.第一腔室，16-2.第二腔室，17.作动筒活塞，18.前起落架转弯支柱，19.齿条，20.齿轮，21.三位四通电磁阀，22.第一油管，23.第一单向阀，24.第二油管，25.油箱，26.第三油管，27.第二单向阀，28.第四油管，29.第五油管，30.角度反馈传感器，31.安全阀，32.蓄压器。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种飞机前轮转弯系统，如图1所示，包括前起落架转弯支柱，所述前起落架转弯支柱采用现有飞机上的前起落架转弯支柱即可，其具体结构不进行详细叙述，所述转弯系统还包括泵体、液压油路、控制阀及作动筒。

传统的飞机前起落架转弯支柱利用发动机驱动泵实现动力供应，而发动机驱动泵与飞机前起落架转弯支柱距离较远，管路长压降大，安全性差，因此本实施例中，所述转弯系统的泵体采用超磁致伸缩材料泵，安装在前起落架舱内。

本实施例中的超磁致伸缩材料泵利用了超磁致伸缩效应，所述的超磁致伸缩效应为铁磁体在外磁场中磁化时，其长度及体积均发生变化。具有超磁致伸缩效应的超磁致伸缩材料能够将电磁信息转化为机械位移信息，从而为液压油提供动力。

参照图2所示，所述超磁致伸缩材料泵包括外壳，所述外壳包括壳体15，所述壳体的两端分别固定有底部端盖13和顶部端盖1，壳体、底部端盖和顶部端盖共同构成了一个封闭结构，为了方便内部各个元件的检修和更换，所述底部端盖、顶部端盖与壳体螺纹连接，方便进行拆卸。且壳体与底部端盖和顶部端盖之间均设置有橡胶密封圈，保证密封效果。

所述壳体内部设置有泵体活塞5，所述泵体活塞将外壳内部空间分隔为两个腔室，其中靠近顶部端盖的腔室用于盛放液压油，为液压油油腔3，相应的所述顶部端盖上开有油孔，用于液压油流入或流出该腔室，所述泵体活塞靠近顶部端盖一侧的端面上固定有金属膜片4，所述金属膜片的边缘位置与外壳的内侧面紧密贴合，使得金属膜片与顶部端盖形成一个密封的腔室，防止液压油漏出。

外壳内部靠近底部端盖的腔室用于安装由超磁致材料制作的伸缩棒。

本实施例中，所述伸缩棒采用Terfenol-D棒9，所述伸缩棒的一端与活塞杆6固定连接，所述活塞杆与泵体活塞螺纹固定连接，并且与泵体活塞同轴设置，伸缩棒的变形能够带动泵体活塞沿壳体的轴线方向运动。

伸缩棒的另一端与预紧调节件接触，所述预紧调节件采用调整螺栓14，所述调整螺栓与底部端盖螺纹连接，并且伸缩板同轴设置，转动调整螺栓，能够使得调整螺栓沿其轴线方向运动，进而带动伸缩板沿其轴线方向运动。

所述活塞杆的外周面设置有凸台，活塞杆通的凸台与弹性件的一端连接，本实施例中，所述弹性件采用碟形弹簧8，所述碟形弹簧的一端与凸台固定连接，另一端与套筒盖7固定连接，所述套筒盖固定在外壳的内侧面上。

通过碟形弹簧，能够对伸缩棒施加预紧力，且通过调整螺栓，能够调节预紧力的大小，可以更加方便的精准控制速度和力值，满足了飞机转弯需要精准控制的需求。

本实施例中，对伸缩棒施加一定大小的预压力，在外部激励磁场的作用下，可以得到更大的磁致伸缩系数，同时磁致伸缩系数同磁场强度也呈现更强的非线性。其弹性模量在不同的预压力下，随外加激励磁场的变化呈现很强的非线性。不同配比的伸缩棒会有不同的最佳预压力，因此增加调整螺栓和蝶形弹簧，使其具有最佳的输出特性。更好的满足了飞机转弯精准控制的需求。

所述伸缩棒的外周设置有带冷却孔的线圈骨架11，所述线圈骨架与底部端盖通过螺钉固定连接，所述线圈骨架上缠绕有线圈，所述线圈为磁化激励线圈10，所述磁化激励线圈通过电压信号控制功率驱动器与设置在前起落架舱内的电源连接，电源能够通过电压信号控制功率驱动器向磁化激励线圈通入电流。电压信号控制功率驱动器与控制系统内的转弯控制单元连接，能够接受转弯控制单元的指令工作。

为了能够实现更精准的控制，所述线圈的外周设有永磁铁环12，所述永磁铁环固定在外壳的内侧面，永磁铁环的作用是给Terfen-D棒施加偏置磁场来防止倍频效应，同时使磁致伸缩发生在准线性区间以利于精确控制。

本实施例中，所述顶部端盖上的油孔设置两个，相应的，所述顶部端盖的内侧设有集成块2，集成块上与油孔对应的位置分别设置有第一单向阀和第二单向阀，所述第一单向阀和第二单向阀允许液体流过的方向相反，进而使得其中一个油孔只能使液压油流出泵体，而另一个油孔只能使得液压油流入泵体。

如图3所示，所述作动筒16内设置有作动筒活塞17，作动筒活塞能够沿作动筒轴线方向运动，作动筒活塞将作动筒内空间分隔为第一腔室16-1和第二腔室16-2，所述作动筒活塞通过传动机构与前起落架转弯支柱18连接，作动筒活塞的运动能够通过传动机构带动前起落架转弯支柱的转动。

本实施例中，所述传动机构采用齿轮齿条传动机构，具体的，在作动筒活塞上设置齿条19，在前起落架转弯支柱上设置于所述齿条相啮合的齿轮20，通过齿条随作动筒活塞的直线运动，能够转换为前起落架转弯支柱的转动，进而带动前轮的转弯。

所述控制阀采用三位四通电磁阀21，所述三位四通电磁阀与飞机的控制系统连接，能够实现自动控制，如图1所示，所述三位四通电磁阀具有左位、中位和右位，三位四通电磁阀的两侧均设置有两个接口，其中一侧的两个接口为第一接口和第二接口，另一侧的两个接口为第三接口和第四接口，当中位工作时，能够断开油路。

相应的，所述液压油路包括第一油管、第二油管、第三油管、第四油管及第五油管。

所述第一油管22一端与第一接口连接，另一端与第一单向阀23连接，第二油管24一端与第二接口连接，另一端与油箱25连接，第三油管26一端与油箱连接，另一端与第二单向阀27连接，其中第一单向阀只能使液压油由泵体流出，第二单向阀只能使液压油流入泵体。所述油箱设置在前起落架舱内部。

所述第四油管28一端与第三接口连接，另一端与作动筒的第一腔室连接，第五油管29一端与第四接口连接，另一端与作动筒的第二腔室连接。

但三位四通电磁阀的左位工作时，第一油管与第五油管能够连通，第二油管和第四油管能够连通，当三位四通电磁阀的右位工作时，第一油管和第四油管能够连通，第二油管和第五油管能够连通。

为了对整个液压系统进行保护，在第四油管和第五油管之间设置安全阀31，在系统压力超过安全压力时打开卸掉压力，起到保护系统的作用，同时第五油管连接蓄压器32，蓄压器用来提供液压流体的初始增压，并吸收压力脉动。

为了方便对前轮转弯角度进行监控，在前起落架转弯支柱上安装两个角度检测传感器，进一步的，所述角度检测元件采用角度反馈传感器30，所述角度反馈传感器能够与飞机的控制系统连接，用于检测前起落架转弯支柱的转动角度，进而传输给控制系统，反馈给飞机驾驶人员。

如图4所示，本实施例的工作原理为：飞行员通过脚蹬或手轮操纵输入转弯指令信号，脚蹬或手轮指令传感器采集信号致转弯控制单元，转弯控制单元实时逻辑判断及控制率计算所需转弯角度，并给激励线圈通入可变电流后产生驱动磁场，伸缩棒在磁场作用下发生磁致伸缩效应，泵体活塞输出可调位移并通过位移传感器反馈给转弯控制单元。通过一组单向阀来控制液压油的流动方向。受液压压力驱动，齿轮齿条式作动筒根据液压油的方向变化实现飞机前起落架转弯支柱的偏转。角度反馈传感器传递反馈信号至转弯控制单元，转弯控制单元根据接收到的转弯指令信号和前轮实时角度信息，确定前轮是否已达到了所需的转弯角度，控制伸缩棒移动完成控制。

如图5所示，当三位四通电磁阀的左位工作时，控制伸缩棒伸长，在泵体活塞的作用下，液压油依次流过第一单向阀、第一油管、第五油管进入作动筒的第二腔室，带动作动筒活塞向一侧方向运动，带动前起落架转弯支柱绕第一方向转动，同时第一腔室内液压油通过第四油路、第二油路流回油箱，控制伸缩棒缩短，油箱内的液压油能够进入泵体，对泵体进行补油。

当三位四通电磁阀的右位工作时，伸缩棒伸长，在泵体活塞作用下，液压油依次流过第一单向阀、第一油管、第四油管进入作动筒的第一腔室，带动作动筒活塞运动，进而带动前起落架转弯支柱绕与第一方向相反的第二方向转动，同时第二腔室内的液压油经过第五油管、第二油管流回油箱，控制伸缩棒缩短，油箱内的液压油能够进入泵体，对泵体进行补油。

实施例2：

本实施例公开了一种民用支线飞机，安装有实施例1所述的飞机前轮转弯系统，民用支线飞机的其他结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种飞机前轮转弯系统，其特征在于，包括：

泵体，用于安装在前起落架舱内，所述泵体采用超磁致伸缩材料泵，超磁致伸缩材料泵内的线圈与电源连接；

作动筒：内部设有作动筒活塞，作动筒活塞将作动筒内部空间分为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室均与液压油路连接，液压油路通过控制阀与泵体连接，所述作动筒活塞通过传动机构与前起落架转弯支柱连接；

所述泵体包括外壳，所述外壳内设有能够沿外壳轴线方向运动的泵体活塞，泵体活塞一端通过活塞杆与由超磁致材料制成的伸缩棒一端连接，伸缩棒的另一端与预紧调节件接触，预紧调节件螺纹连接在外壳上，活塞杆与外壳之间设有弹性件，伸缩棒的外周设有线圈，线圈的外周设有永磁铁环；

所述弹性件采用蝶形弹簧，所述蝶形弹簧一端与活塞外周面设置的凸台连接，另一端与固定在外壳的套筒盖固定连接；

所述前起落架转弯支柱上安装有角度反馈传感器，用于检测前起落架转弯支柱的转动角度；所述角度反馈传感器能够与飞机的控制系统连接，用于检测前起落架转弯支柱的转动角度，进而传输给控制系统；

所述泵体活塞靠近顶部端盖一侧的端面上固定有金属膜片，所述金属膜片的边缘位置与外壳的内侧面紧密贴合；

所述预紧调节件采用调整螺栓，所述调整螺栓与底部端盖螺纹连接，并且伸缩板同轴设置，转动调整螺栓，能够使得调整螺栓沿其轴线方向运动，进而带动伸缩板沿其轴线方向运动；

通过碟形弹簧，能够对伸缩棒施加预紧力，且通过调整螺栓，能够调节预紧力的大小；

所述顶部端盖的内侧设有集成块；

所述泵体活塞将外壳内部空间分隔为两个腔室，其中靠近顶部端盖的腔室用于盛放液压油，为液压油油腔；

所述伸缩棒采用Terfenol-D棒，所述伸缩棒的一端与活塞杆固定连接；

所述线圈为磁化激励线圈；

所述外壳包括壳体，所述壳体的两端分别固定有底部端盖和顶部端盖；

壳体、底部端盖和顶部端盖共同构成了一个封闭结构。

2.如权利要求1所述的一种飞机前轮转弯系统，其特征在于，所述伸缩棒的外周设有线圈骨架，所述线圈骨架与外壳固定连接，所述线圈缠绕在线圈骨架上。

3.如权利要求1所述的一种飞机前轮转弯系统，其特征在于，所述控制阀采用三位四通电磁阀；

相应的，液压油路包括控制阀与泵体之间的第一油管、控制阀与油箱之间的第二油管、油箱与泵体之间的第三油管，控制阀与第一腔室之间的第四油管及控制阀与第二腔室之间的第五油管，第一油管和第二油管分别安装有允许液体通过方向相反的第一单向阀和第二单向阀。

4.如权利要求3所述的一种飞机前轮转弯系统，其特征在于，所述第四油管和第五油管之间设置有安全阀。

5.如权利要求3所述的一种飞机前轮转弯系统，其特征在于，所述第四油管或第五油管与蓄压器连接。

6.如权利要求1所述的一种飞机前轮转弯系统，其特征在于，所述传动机构包括固定在作动筒活塞上的齿条，所述前起落架转弯支柱上设有齿轮，齿轮与齿条相啮合。

7.一种民用支线飞机，其特征在于，安装有权利要求1-6任一项所述的飞机前轮转弯系统。

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