CN113148119A - 一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，包括：主起接头、法兰衬套、主轴、支撑板折叠组件、推杆摇臂、推杆、主梁法兰、支柱、拉线、下摇臂、支柱衬套、绞盘支架和绞盘。本发明中设计了一套新式机械传动机构，依靠形式简单的小型零件相互配合完成起落架收放功能，且具有自动收放到位功能和应急释放功能；本发明中的收放式起落架使用可靠性高、重量轻、成本低、维护维修方便，适用于大翼展柔性无人机，尤其满足长航时任务需求。

Description

一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构

技术领域

本发明涉及一种长航时大翼展无人机收放式起落架，属于无人机结构设计技术领域。

背景技术

目前无人机多使用全金属材料的收放式起落架结构，且带有专门的作动机构和缓冲机构，安装于机身上；但长航时大翼展无人机下沉速度小、过载低，对结构重量要求极其苛刻，高空和长航时飞行任务对起落架设备和机构的可靠性要求极高，主翼柔性大、翼展长，要求起落架离地高度高，一般安装于主梁上，且可供安装连接位置空间受限，因此传统的材料和设计已不适用于该类飞行器实际使用需求；而当前在高空长航时大翼展无人机上用的固定式起落架，由于无法在起飞后收起，使无人机气动性能大为下降，继而降低了升阻比、升限和载荷搭载能力，所以不能满足高空长航时任务使用时的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种机构简单、可靠性高、重量轻、成本低、维修维护便捷的满足长航时大翼展无人机任务需求的收放式起落架。

本发明包括如下技术方案：

一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，包括：主起接头、法兰衬套、主轴、支撑板折叠组件、推杆摇臂、推杆、主梁法兰、支柱、拉线、下摇臂、支柱衬套、绞盘支架和绞盘；

法兰衬套和主梁法兰固定连接，主起接头的上端和主梁法兰通过主轴铰接，支柱的上端插入主起接头的下端中并粘接固定；主梁法兰固定安装在无人机的主梁上；

支柱的下端安装有无人机的轮胎；

支柱衬套粘接固定在支柱的下端，下摇臂与支柱衬套之间铰接，下摇臂能够绕支柱衬套的安装轴相对支柱衬套转动；

支撑板折叠组件的一端铰接法兰衬套，支撑板折叠组件的另一端铰接主起接头的下端耳片；

推杆摇臂和推杆均为杆件；

推杆的一端连接支撑板折叠组件的销钉轴，推杆的另一端连接推杆摇臂的一端，推杆摇臂和主起接头之间铰接，铰接位置靠近主轴；推杆和主起接头之间不接触；

推杆摇臂与下摇臂的端头A通过一根拉线连接，下摇臂的端头B与绞盘支架上的绞盘通过另一根拉线连接；绞盘支架固定安装于无人机设备舱的底板上，绞盘中心孔内插入电机转轴，绞盘在电机驱动下转动。

支撑板折叠组件完全展开时，对应起落架支撑状态，支撑板折叠组件折叠时，对应起落架折叠状态。

从起落架支撑状态转换至起落架折叠状态时，电机驱动绞盘转动，绞盘收拢拉线，拉线牵拉下摇臂、下摇臂牵拉推杆摇臂绕轴转动，推杆朝向背离支撑板折叠组件的方向运动，支撑板折叠组件折叠收拢，支柱和主起接头朝向无人机设备舱底板运动至起落架折叠状态。

从起落架折叠状态转换至起落架支撑状态时，电机驱动绞盘转动，绞盘伸长拉线，支撑板折叠组件提供起落架展开的弹性恢复力，拉线牵拉下摇臂绕轴转动，支柱和主起接头朝向背离无人机设备舱底板的方向运动至起落架支撑状态。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明设计了一种新型无人机收放式起落架，其工作原理和结构形式与以往收放式起落架不同，其功能特点适用于大翼展无人机，尤其满足高空长航时飞行任务需求；

（2）本发明设计了一套新式机械传动机构，依靠形式简单的零件配合完成整体功能，代替以往收放起落架使用的复杂作动机构，使用可靠性更高，长时间及多次使用故障风险小，维护维修方便快捷。

（3）本发明传动机构零件多为体积小，重量轻的功能性零件，采用薄壁式结构，材料为高强合金，主要依靠彼此配合完成整体功能，与以往收放起落架相比总体重量大幅减轻。

（4）本发明主承力件主起接头和支柱均为复合材料零件，强度、刚度和外形功能满足使用要求的同时，极大降低了重量。

附图说明

图1为本发明长航时大翼展无人机收放式起落架结构示意图；

图2为起落架折叠状态结构示意图；

图3为主起接头结构示意图；

图4为法兰衬套和主梁法兰连接安装示意图；

图5为主起接头、起落架支柱、法兰衬套装配示意图；

图6为支撑板折叠组件装配图；

图7为支撑板折叠组件安装示意图；

图8为推杆和推杆摇臂安装示意图；

图9为折叠状态下摇臂与挂钩位置示意图；

图10为下摇臂结构示意图；

图11为支柱衬套结构示意图；

图12为绞盘和挂钩安装示意图；

图13为自动展开到位机构示意图；

图14为主起接头结构示意图；

图15为为下摇臂结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。如图1所示，本发明一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，包括：主起接头1、法兰衬套2、主轴3、支撑板折叠组件、推杆摇臂7、推杆8、主梁法兰12、支柱13、拉线14、下摇臂15、支柱衬套17、绞盘支架20和绞盘21。

如图4所示，法兰衬套2和主梁法兰12固定连接，主起接头1的上端和主梁法兰12通过主轴3铰接，主轴3上装有自润滑材料轴套以实现其自由转动。支柱13的上端插入主起接头1的下端中并粘接固定；主梁法兰12固定安装在无人机的主梁上；主起接头1结构如图3所示，支柱13的结构如图14所示。支柱13的下端安装有无人机的轮胎。

如图5所示，下摇臂15通过支柱衬套17固定安装在支柱13下部预定位置。支柱衬套17粘接固定在支柱13的下端，下摇臂15与支柱衬套17之间铰接，下摇臂15能够绕支柱衬套17的安装轴相对支柱衬套17转动；

支撑板折叠组件的一端铰接法兰衬套2，支撑板折叠组件的另一端铰接主起接头1的下端耳片；

推杆摇臂7和推杆8均为杆件；设置在主起接头1的同一侧。

推杆8的一端连接支撑板折叠组件的销钉轴，推杆8的另一端连接推杆摇臂7的一端，推杆摇臂7和主起接头1之间铰接，铰接位置靠近主轴3；推杆8和主起接头1之间不接触；

如图8所示，推杆摇臂7和推杆8之间通过弹簧B25连接拉紧，弹簧B25用于在起落架折叠状态下，保证推杆摇臂7和推杆8之间的位置保持不变，避免干涉外部其他结构。折叠状态如图2所示。

推杆摇臂7与主起接头1之间通过弹簧A22连接拉紧，弹簧A22用于在起落架支撑状态下，保证推杆摇臂7与主起接头1之间的位置保持不变，从而推杆摇臂7不牵引拉线14，进而使得下摇臂15和支柱13之间的位置相对稳定。

推杆摇臂7与下摇臂15的端头A通过一根拉线14连接，下摇臂15的端头B与绞盘支架20上的绞盘21通过另一根拉线14连接；绞盘支架20用螺钉紧固定安装于无人机设备舱的底板上，绞盘21中心孔内插入电机转轴，绞盘21在电机驱动下转动；设备舱固定安装于无人机的主梁上。

支撑板折叠组件完全展开时，对应起落架支撑状态，支撑板折叠组件折叠时，对应起落架折叠状态；起落架支撑状态如图1所示。

从起落架支撑状态转换至起落架折叠状态时，电机驱动绞盘21转动，绞盘21收拢拉线14，拉线14牵拉下摇臂15、下摇臂15牵拉推杆摇臂7绕轴顺时针转动，推杆8朝向背离支撑板折叠组件的方向运动，支撑板折叠组件折叠收拢，支柱13和主起接头1朝向无人机设备舱底板运动至起落架折叠状态；

从起落架折叠状态转换至起落架支撑状态时，电机驱动绞盘21转动，绞盘21伸长拉线14，支撑板折叠组件提供起落架展开的弹性恢复力，拉线14牵拉下摇臂15绕轴逆时针转动，支柱13和主起接头1朝向背离无人机设备舱底板的方向运动至起落架支撑状态。

支撑板折叠组件包括：支撑板4、弹簧5和滚轮6。如图6所示，两个支撑板4之间通过销钉轴铰接，滚轮6套装在铰接轴上，支撑板4上阵列有多根弹簧5，两块支撑板4上对应设置的两根弹簧5绕过滚轮6相连成一体结构，用于在展开起落架时提供弹性恢复力，弹性恢复力使起落架由折叠状态转换至支撑状态；两个支撑板4的边缘分别通过螺钉与主起接头1的下端耳片、法兰衬套2铰接；如图7所示。

在起落架支撑状态，两支撑板4之间的销钉轴放置在推杆8的一端滑槽23中，如图8所示。在起落架折叠状态，两支撑板4之间的销钉轴脱出推杆8一端的滑槽23，如图2所示。

起落架折叠收起时，支撑板折叠组件朝向自身右侧折叠合拢，弹簧5被拉伸，产生收缩力，即支撑板折叠组件从安装弹簧的反面向内折叠。具体如图2所示。

如图12所示，还包括：挂钩叉耳18、挂钩19。挂钩叉耳18和下摇臂15配合使用，用于保持锁定起落架折叠状态；接触开关11用于检测起落架是否折叠到位；

将挂钩叉耳18用螺钉安装在设备舱底板下侧，之后用螺钉将挂钩19铰接在挂钩叉耳18上，并用弹簧将二者拉紧，将接触开关11用螺钉安装在挂钩叉耳18的支座上，将螺钉安装在挂钩19螺孔内，形成自动折叠到位机构，开关触发用于检测是否折叠到位。起落架折叠到位后，挂钩19钩挂下摇臂15。如图9所示。

如图13所示，还包括设置在主梁法兰12和主起接头1上的：开关触头9、开关支架10、接触开关11、开关触头9、开关支架10、接触开关11配合使用，用于检测起落架是否展开支撑到位。

将开关支架10用螺钉安装在位于主起接头1顶端的主梁法兰12孔上，把接触开关11用螺钉安装在开关支架10上，将开关触头9安装在主起接头1顶端孔上，并将螺钉安装在螺孔内，形成自动展开到位机构。

主起接头1为复合材料，采用两半式，降低了结构重量，且便于装配。如图14所示。

本发明实施例中，在起落架支撑状态，支撑板折叠组件中两支撑板4展开呈180°，通过支撑板4铰接位置的耳片配合互锁（对支撑板折叠组件的展开角度进行机械限位），可在主起接头1与法兰衬套2之间形成刚性支撑，使起落架处于支撑状态。在起落架折叠状态，两支撑板角度小于180°，互相可沿同一销钉轴转动，可使起落架主体绕主轴3转动并收起，使起落架处于折叠状态。

推杆8是支撑板折叠组件配合状态切换的机械开关，推杆8推动支撑板折叠组件销钉轴使配合状态由“支撑”转为“折叠”，推杆8的运动方向朝向图1的左下方运动。

支撑板折叠组件中两支撑板4之间连接有拉紧弹簧5，在起落架支撑状态时弹簧5张紧，如图1所示，在起落架折叠状态时弹簧5进一步拉紧，提供转变为“支撑”状态的弹性恢复力，为起落架展开提供额外恢复力。

下摇臂15侧面设计固定块24（如图10、图15所示），可在支柱衬套17的环形槽25中进行有限角度的滑动，支柱衬套17的环形槽25如图11所示，使拉线14拉动推杆摇臂7，进而使支撑板折叠组件转为折叠状态，并且消除由拉线弹性变形在机械配合中导致的传动不足的问题。

本发明还具有锁定功能，通过在主起接头1上端与法兰衬套2的锁止孔中插入销钉，可以将起落架锁定为支撑状态而不会被收起。

起落架支柱13为薄壁变截面圆管，采用复合材料，其结构重量大为降低，且刚度大，变形小。

本发明还具有应急释放功能，下摇臂15上安装有两个冗余设置的应急切绳器16。起落架收起中或收起后，可随时通过应急切绳器16切断拉线14，此时起落架主体与拉线脱离，利用重力和拉紧弹簧5的弹性恢复力，恢复到支撑状态。

本发明还具有自动收放到位功能，收起折叠或放下展开时，可通过安装于两端的到位传感器（自动收起折叠到位机构、自动放下展开到位机构）检测收放位置，到位后自动停止。

本发明装配过程如下：

首先将法兰衬套用螺钉安装于主梁法兰相应位置；

将支柱上端放入主起接头中并粘接固定，将支柱衬套粘接固定在支柱下部预定位置，用螺母将下摇臂固定于支柱衬套安装轴上，将两个应急切绳器用螺钉安装于下摇臂上，然后将轮胎安装在支柱下端，之后用主轴将主起接头铰接安装于法兰衬套上；

将两个支撑板相对安装，组成支撑板折叠组件，将滚轮和弹簧安装其上，实现自动回弹，之后将支撑板折叠组件撑开并分别用螺钉铰接安装于主起接头下端耳片和法兰衬套上；

用螺钉将推杆一端与推杆摇臂短边端头铰接连接，之后将二者用弹簧连接拉紧，之后将推杆摇臂从中间孔位铰接安装于主起接头上，并将推杆摇臂与主起接头用弹簧拉紧，支撑板折叠组件的两个支撑板中间由销钉轴连接，将销钉轴端头放入推杆滑槽中，形成支撑板折叠组件开关机构；

将绞盘安装于绞盘支架内，之后将绞盘支架用螺钉紧固安装于设备舱底板上，在绞盘一侧将电机转轴插入绞盘中心孔内，以驱动绞盘；将一根拉线一端固定于绞盘上，并在绞盘滑道上进行缠绕，之后将另一端穿过下摇臂滑轮和两个切绳器，固定于下摇臂上。

将挂钩叉耳用螺钉安装在设备舱底板下侧，之后用螺钉将挂钩铰接安装在挂钩叉耳上，并用弹簧将二者拉紧，将接触开关用螺钉安装在挂钩叉耳支座上，将螺钉安装在挂钩螺孔内，形成自动收起折叠到位机构；

将开关支架用螺钉安装在主起接头顶端的主梁法兰孔上，把接触开关用螺钉安装其上，将开关触头安装在主起接头顶端孔上，并将螺钉安装在螺孔内，形成自动放下展开到位机构。

本发明的具体工作原理和方式如下：

无人机起飞离地后，开始执行起落架收起折叠命令，驱动电机启动，绞盘21在电机驱动下转动并收线，拉线14拉住下摇臂15，下摇臂15在支柱衬套17环形槽25中进行小角度滑动后，下摇臂15将与推杆摇臂7连接的拉线14拉紧，推杆摇臂7转动进而带动推杆8移动，推杆8推动销钉轴，使支撑板折叠组件配合状态由“支撑”转为“折叠”，之后绞盘21继续收线，下摇臂15滑块滑动至支柱衬套17环形槽25的端头，拉线14将起落架支柱13拉起并绕主轴3转动，当起落架支柱13转动收起至挂钩19位置时，挂钩19卡入下摇臂15卡槽，同时触动到位传感器，收起停止，起落架折叠完成。

无人机准备降落时，开始执行起落架放下展开命令，驱动电机启动，绞盘21在电机驱动下转动并放线，下摇臂15在支柱衬套17环形槽25中进行小角度滑动后与挂钩脱开解锁，之后起落架支柱继续绕主轴转动放下，支撑板折叠组件逐渐由“折叠”状态打开至“支撑”状态，到位后支撑板折叠组件互锁，主起接头触动到位传感器，放下停止，起落架放下展开完成。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，其特征在于，包括：主起接头（1）、法兰衬套（2）、主轴（3）、支撑板折叠组件、推杆摇臂（7）、推杆（8）、主梁法兰（12）、支柱（13）、拉线（14）、下摇臂（15）、支柱衬套（17）、绞盘支架（20）和绞盘（21）；

法兰衬套（2）和主梁法兰（12）固定连接，主起接头（1）的上端和主梁法兰（12）通过主轴（3）铰接，支柱（13）的上端插入主起接头（1）的下端中并粘接固定；主梁法兰（12）固定安装在无人机的主梁上；

支柱（13）的下端安装有无人机的轮胎；

支柱衬套（17）粘接固定在支柱（13）的下端，下摇臂（15）与支柱衬套（17）之间铰接，下摇臂（15）能够绕支柱衬套（17）的安装轴相对支柱衬套（17）转动；

支撑板折叠组件的一端铰接法兰衬套（2），支撑板折叠组件的另一端铰接主起接头（1）的下端耳片；

推杆摇臂（7）和推杆（8）均为杆件；

推杆（8）的一端连接支撑板折叠组件的销钉轴，推杆（8）的另一端连接推杆摇臂（7）的一端，推杆摇臂（7）和主起接头（1）之间铰接，铰接位置靠近主轴（3）；推杆（8）和主起接头（1）之间不接触；

推杆摇臂（7）与下摇臂（15）的端头A通过一根拉线（14）连接，下摇臂（15）的端头B与绞盘支架（20）上的绞盘（21）通过另一根拉线（14）连接；绞盘支架（20）固定安装于无人机设备舱的底板上，绞盘（21）中心孔内插入电机转轴，绞盘（21）在电机驱动下转动。

2.根据权利要求1所述的一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，其特征在于，支撑板折叠组件包括：支撑板（4）、弹簧（5）和滚轮（6）；

两个支撑板（4）之间通过销钉轴铰接，滚轮（6）套装在铰接轴上，支撑板4上阵列有多根弹簧（5），两块支撑板4上对应设置的两根弹簧5绕过滚轮（6）相连成一体结构，用于在展开起落架时提供弹性恢复力，弹性恢复力使起落架由折叠状态转换至支撑状态；两个支撑板（4）的边缘分别与主起接头（1）、法兰衬套（2）铰接；

在起落架支撑状态，两支撑板（4）之间的销钉轴放置在推杆（8）的一端滑槽（23）中；在起落架折叠状态，两支撑板（4）之间的销钉轴脱出推杆（8）一端的滑槽（23）。

3.根据权利要求2所述的一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，其特征在于，推杆摇臂（7）和推杆（8）之间通过弹簧B（25）连接拉紧，弹簧B（25）用于在起落架折叠状态下，保证推杆摇臂（7）和推杆（8）之间的位置保持不变，避免干涉外部其他结构。

4.根据权利要求3所述的一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，其特征在于，推杆摇臂（7）与主起接头（1）之间通过弹簧A（22）连接拉紧，弹簧A（22）用于在起落架支撑状态下，保证推杆摇臂（7）与主起接头（1）之间的位置保持不变，从而推杆摇臂（7）不牵引拉线（14），进而使得下摇臂（15）和支柱（13）之间的位置相对稳定。

5.根据权利要求1~4任意所述的一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，其特征在于，主起接头（1）为复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，其特征在于，主起接头（1）采用两半式结构，便于装配。

7.根据权利要求6所述的一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，其特征在于，支撑板折叠组件完全展开时，对应起落架支撑状态，支撑板折叠组件折叠时，对应起落架折叠状态。

8.根据权利要求7所述的一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，其特征在于，从起落架支撑状态转换至起落架折叠状态时，电机驱动绞盘（21）转动，绞盘（21）收拢拉线（14），拉线（14）牵拉下摇臂（15）、下摇臂（15）牵拉推杆摇臂（7）绕轴转动，推杆（8）朝向背离支撑板折叠组件的方向运动，支撑板折叠组件折叠收拢，支柱（13）和主起接头（1）朝向无人机设备舱底板运动至起落架折叠状态。

9.根据权利要求7所述的一种长航时大翼展无人机收放式起落架结构，其特征在于，从起落架折叠状态转换至起落架支撑状态时，电机驱动绞盘（21）转动，绞盘（21）伸长拉线（14），支撑板折叠组件提供起落架展开的弹性恢复力，拉线（14）牵拉下摇臂（15）绕轴转动，支柱（13）和主起接头（1）朝向背离无人机设备舱底板的方向运动至起落架支撑状态。

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