CN114313291B - 一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统 - Google Patents

Abstract

一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统，其壳体内部充满流体介质，上定子、转子及下定子位于壳体内部，上定子与壳体固连，转轴从壳体顶板穿入与转子固连，推杆从壳体底板穿入与下定子固连，缠绕有拦阻带的索带盘固装在转轴顶部，凸轮位于推杆下方通过滚轮接触，凸轮轴上设有多个凸轮且可换位，以满足“一机多用”，转轴与凸轮轴通过减速机构传动连接。飞机降落后由拦阻带阻挡并驱动转子转动，在流体介质阻尼作用下消耗飞机惯性动能，同时通过减速机构带动凸轮转动，借由推杆移动改变下定子与转子轴向间隙距离，进而改变拦阻力，有效降低了飞机在被拦阻时的峰值载荷，同时减小飞机拦阻时的减速度，提高飞机的使用寿命，降低飞行员的身体不适感。

Description

一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统

技术领域

本发明属于飞机拦阻技术领域，特别是涉及一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统。

背景技术

目前，飞机所使用的拦阻系统主要为水涡轮制动器，传统的水涡轮制动器属于“一机一用”型，即根据飞机的具体型号参数进行定制。如果水涡轮制动器是为轻型飞机定制的，那么该水涡轮制动器就无法满足重型飞机的拦阻需要，若用于重型飞机的拦阻，则重型飞机的拦停距离可能会超过设定的极限值，导致重型飞机冲出跑道而损毁。如果水涡轮制动器是为重型飞机定制的，那么该水涡轮制动器就无法满足轻型飞机的拦阻需要，若用于轻型飞机的拦阻，则轻型飞机受到的初始拦阻力会过大，导致轻型飞机的机身超载而受损。

因此，为了满足不同型号飞机的拦阻需要，通常都会配置多套水涡轮制动器。尽管通过配置多套水涡轮制动器可以保证不同型号飞机的拦阻安全，但也导致安装维护繁琐的缺点，并且经济性较差。

另外，传统的水涡轮制动器无法对输出的拦阻力进行调节，导致飞机在被拦阻的瞬间会产生很大的载荷，而该大载荷在迅速达到峰值后又立即衰减，造成飞机拦阻时的减速度极大，过大的减速度作用在飞机机身上，不但会降低飞机的使用寿命，而且飞行员在过大的减速度环境下会造成身体的严重不适。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统，能够实现“一机多用”，且输出的拦阻力可调，能够有效降低飞机在被拦阻时的峰值载荷，同时减小飞机拦阻时的减速度，提高飞机的使用寿命，降低飞行员的身体不适感。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统，包括壳体、上定子、转子、下定子、转轴、索带盘、拦阻带、推杆、滚轮、凸轮及减速机构；在所述壳体内部密封空间内充满有流体介质；所述上定子位于壳体内部，上定子固定连接在壳体顶板下表面；所述转子位于壳体内部且位于上定子下方，所述转轴密封穿过壳体顶板并延伸至壳体内部，所述转子固定连接在转轴上，转轴具有回转自由度；所述下定子位于壳体内部且位于转子下方，所述推杆密封穿过壳体底板并延伸至壳体内部，所述下定子固定连接在推杆上，推杆具有直线移动自由度；所述索带盘位于壳体外部顶端，索带盘固定连接在转轴顶部，所述拦阻带缠绕连接在索带盘上；所述滚轮位于壳体外部底端，滚轮安装在推杆底部，所述凸轮位于滚轮下方，凸轮与滚轮滚动接触配合；所述减速机构位于壳体外部，减速机构的动力输入端与转轴传动连接，减速机构的动力输出端与凸轮的凸轮轴传动连接。

所述凸轮通过凸轮轴设置在凸轮架上，凸轮的数量至少为一个，当凸轮的数量为多个时，各个凸轮的轮廓曲线各不相同，且多个凸轮共轴固装在同一根凸轮轴上；所述凸轮轴在凸轮架上同时具有回转自由度和直线移动自由度；在所述凸轮架侧方设置有凸轮换位机构。

所述凸轮换位机构包括支架、手柄及换位拨架；所述手柄中部铰接在支架上；所述换位拨架采用L型结构，换位拨架的一条支臂通过轴承连接在凸轮轴，凸轮轴相对于换位拨架仅具有回转自由度；在所述手柄的转接端杆体上套装有滑块，滑块在手柄的转接端杆体上具有直线移动自由度；所述换位拨架的另一条支臂与滑块相铰接。

本发明的有益效果：

本发明的水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统，能够实现“一机多用”，且输出的拦阻力可调，能够有效降低飞机在被拦阻时的峰值载荷，同时减小飞机拦阻时的减速度，提高飞机的使用寿命，降低飞行员的身体不适感。

附图说明

图1为本发明的一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为传统水涡轮制动器及本发明应用时飞机在被拦阻时的载荷随时间的变化曲线；

图4为本发明实施例中下定子与转子轴向间隙距离随转子转速的变化曲线；

图中，1—壳体，2—上定子，3—转子，4—下定子，5—转轴，6—索带盘，7—拦阻带，8—推杆，9—滚轮，10—凸轮，11—减速机构，12—凸轮轴，13—凸轮架，14—支架，15—手柄，16—换位拨架，17—滑块，18—流体介质。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2所示，一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统，包括壳体1、上定子2、转子3、下定子4、转轴5、索带盘6、拦阻带7、推杆8、滚轮9、凸轮10及减速机构11；在所述壳体1内部密封空间内充满有流体介质18；所述上定子2位于壳体1内部，上定子2固定连接在壳体1顶板下表面；所述转子3位于壳体1内部且位于上定子2下方，所述转轴5密封穿过壳体1顶板并延伸至壳体1内部，所述转子3固定连接在转轴5上，转轴5具有回转自由度；所述下定子4位于壳体1内部且位于转子3下方，所述推杆8密封穿过壳体1底板并延伸至壳体1内部，所述下定子4固定连接在推杆8上，推杆8具有直线移动自由度；所述索带盘6位于壳体1外部顶端，索带盘6固定连接在转轴5顶部，所述拦阻带7缠绕连接在索带盘6上；所述滚轮9位于壳体1外部底端，滚轮9安装在推杆8底部，所述凸轮10位于滚轮9下方，凸轮10与滚轮9滚动接触配合；所述减速机构11位于壳体1外部，减速机构11的动力输入端与转轴5传动连接，减速机构11的动力输出端与凸轮10的凸轮轴12传动连接。

所述凸轮10通过凸轮轴12设置在凸轮架13上，凸轮10的数量至少为一个，当凸轮10的数量为多个时，各个凸轮10的轮廓曲线各不相同，且多个凸轮10共轴固装在同一根凸轮轴12上；所述凸轮轴12在凸轮架13上同时具有回转自由度和直线移动自由度；在所述凸轮架13侧方设置有凸轮换位机构。

所述凸轮换位机构包括支架14、手柄15及换位拨架16；所述手柄15中部铰接在支架14上；所述换位拨架16采用L型结构，换位拨架16的一条支臂通过轴承连接在凸轮轴12，凸轮轴12相对于换位拨架16仅具有回转自由度；在所述手柄15的转接端杆体上套装有滑块17，滑块17在手柄15的转接端杆体上具有直线移动自由度；所述换位拨架16的另一条支臂与滑块17相铰接。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

本实施例中，凸轮轴12上共设置有三个凸轮10，三个凸轮10所各自采用的轮廓曲线，分别用于满足轻型飞机、中型飞机和重型飞机的拦阻需要。

首先以轻型飞机的拦阻为例，通过拨转凸轮换位机构的手柄15，手柄15的回转运动会借由滑块17传动，转换为换位拨架16的直线运动，通过换位拨架16的直线运动，会带动凸轮轴12沿着轴向进行移动，直到满足轻型飞机拦阻需要的那个凸轮10移动到推杆8正下方与滚轮9接触。同理，当适用对象变为中型飞机或重型飞机时，依然通过拨转凸轮换位机构的手柄15来实现凸轮10的换位，直到满足中型飞机或重型飞机拦阻需要的那个凸轮10移动到推杆8正下方与滚轮9接触即可，最终实现了“一机多用”。

当飞机降落后，首先被拦阻带7阻挡，飞机的惯性动能会转换为拦阻带7的拉力，拦阻带7被拉动后，会带动索带盘6转动，进而带动转轴5和转子3同步转动，随着转子3的转动，会受到流体介质18阻尼作用，并在流体介质18阻尼作用下消耗掉飞机的惯性动能。

同时，在转轴5转动过程中，其旋转运动会通过减速机构11传递给凸轮轴12，进而带动凸轮轴12做旋转运动，随着凸轮轴12的旋转，会同步带动凸轮10进行旋转，而转动的凸轮10会配合滚轮9将旋转运动转换为推杆8的直线运动，进而通过推杆8带动下定子4向下移动，最终改变下定子4与转子3之间的轴向间隙距离，随着下定子4与转子3轴向间隙距离的增大，在流体介质18阻尼作用下针对转子3所输出的拦阻力也相应发生改变，如图3所示，既降低了峰值载荷，又拉长了载荷的作用时间，最终结果就是有效减小了飞机拦阻时的减速度，从而提高飞机的使用寿命，同时也降低了飞行员的身体不适感。如图4所示，为下定子4与转子3轴向间隙距离随转子3转速的变化曲线图。

此外，关于凸轮10轮廓曲线的确定，当索带盘6的转速ω₁随时间的变化关系确定后，由于减速机构11的减速比k为已知量，因此凸轮10的转速ω₂也可以确定，设t时刻的凸轮10的转角为θ，由运动学定律可得ω₂＝dθ/dt，则θ＝∫ω₂dt＝∫kω₁dt，若设凸轮10的初始极径为ρ₀、凸轮10的轮廓曲线方程为ρ＝ρ(θ)、下定子4与转子3轴向间隙距离为δ，则δ＝ρ－ρ₀，由于δ和ρ₀为已知量，因此根据δ＝ρ－ρ₀这一关系式就可以确定凸轮10的轮廓曲线。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统，其特征在于：包括壳体、上定子、转子、下定子、转轴、索带盘、拦阻带、推杆、滚轮、凸轮及减速机构；在所述壳体内部密封空间内充满有流体介质；所述上定子位于壳体内部，上定子固定连接在壳体顶板下表面；所述转子位于壳体内部且位于上定子下方，所述转轴密封穿过壳体顶板并延伸至壳体内部，所述转子固定连接在转轴上，转轴具有回转自由度；所述下定子位于壳体内部且位于转子下方，所述推杆密封穿过壳体底板并延伸至壳体内部，所述下定子固定连接在推杆上，推杆具有直线移动自由度；所述索带盘位于壳体外部顶端，索带盘固定连接在转轴顶部，所述拦阻带缠绕连接在索带盘上；所述滚轮位于壳体外部底端，滚轮安装在推杆底部，所述凸轮位于滚轮下方，凸轮与滚轮滚动接触配合；所述减速机构位于壳体外部，减速机构的动力输入端与转轴传动连接，减速机构的动力输出端与凸轮的凸轮轴传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统，其特征在于：所述凸轮通过凸轮轴设置在凸轮架上，凸轮的数量至少为一个，当凸轮的数量为多个时，各个凸轮的轮廓曲线各不相同，且多个凸轮共轴固装在同一根凸轮轴上；所述凸轮轴在凸轮架上同时具有回转自由度和直线移动自由度；在所述凸轮架侧方设置有凸轮换位机构。

3.根据权利要求2所述的一种水涡轮式飞机恒力矩拦阻调节系统，其特征在于：所述凸轮换位机构包括支架、手柄及换位拨架；所述手柄中部铰接在支架上；所述换位拨架采用L型结构，换位拨架的一条支臂通过轴承连接在凸轮轴，凸轮轴相对于换位拨架仅具有回转自由度；在所述手柄的转接端杆体上套装有滑块，滑块在手柄的转接端杆体上具有直线移动自由度；所述换位拨架的另一条支臂与滑块相铰接。