CN107244412B - 一种用于提升无人机着陆缓冲性能的起落架板簧结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于提升无人机着陆缓冲性能的起落架板簧结构，由主簧片和副簧片组成；主簧片弹性方向两臂上侧分别具有挡块；副簧片弹性方向两端具有上翻的空心卡件；副簧片处于主簧片下侧，且副簧片弹性方向两端的空心卡件套在主簧片弹性方向两臂上，且均处于主簧片弹性方向两臂上侧挡块的外侧；当副簧片空心卡件套在主簧片弹性方向两臂上，且主簧片和副簧片均处于自由状态时，副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块之间有间隙。采用本发明的起落架在承受较低的冲击能量时，只有主簧片产生变形，在承受较高冲击能量时通过机械连接配合结构使两个簧片都产生变形，这样就可以有效的减小起落架的载荷峰值。

Description

一种用于提升无人机着陆缓冲性能的起落架板簧结构

技术领域

本发明设计无人机起落架结构技术领域，具体为一种用于提升无人机着陆缓冲性能的起落架板簧结构。

背景技术

无人机在飞行时，起落架不参与承受全机的飞行载荷，但在最关键的起飞和着陆这两个阶段，尤其是着陆阶段，无人机的安全主要靠起落架来有效缓冲吸能。缓冲器是现代无人机起落架必备的通用部件，其功能是吸收无人机着陆和滑行期间的动能，其缓冲吸能的能力应使作用于无人机结构的过载减小到某一允许水平。无人机具有质量轻、速度低等特点，其起落架一般不可收放，由于板簧缓冲器具有结构简单，可靠性高，维护性好等特点，因而被广泛应用于无人机的起落架上，这种起落架被称为板簧起落架。

现有的无人机采用传统的板簧结构作为起落架的缓冲器。传统的板簧结构所有的簧片都用U形螺栓夹紧，或者只有一个簧片，如图1所示，在工作时，板簧整体会同时变形，即使施加较小的动能，也会产生较高的作用力，如果应用在无人机起落架上，会使无人机承受较大的过载。经常承受较大的过载对无人机会有损害，为了使无人机承受的过载减小，需要板簧具有更好的缓冲性能，即板簧在承受相同的冲击能量时，产生更低的作用力。

发明内容

无人机在大多数降落情况下起落架只承受较低的动能(较小的质量/较低的速度)，而经常产生较大的过载对无人机是有害的，因此此时更期望起落架对机身只产生较低的作用力。由于传统的板簧结构在工作时，板簧整体会同时变形，即使施加较小的冲击能量，板簧也会产生较高的作用力。针对该问题，本发明提出一种用于提升无人机着陆缓冲性能的起落架板簧结构，能够防止所有簧片在施加较低动能的情况下同时变形，本发明提出的起落架板簧结构具有一片一片(逐级)反应变形的能力，以便在施加较低动能的情况下产生较小的反作用力。

本发明的技术方案为：

所述一种用于提升无人机着陆缓冲性能的起落架板簧结构，具有主簧片，所述主簧片中部能够与无人机机身连接，主簧片弹性方向两端能够与无人机起落架轮胎连接；其特征在于：所述主簧片弹性方向两臂上侧分别具有挡块；所述起落架板簧结构还具有副簧片，所述副簧片弹性方向两端具有上翻的空心卡件；所述副簧片处于主簧片下侧，且副簧片弹性方向两端的空心卡件套在主簧片弹性方向两臂上，且均处于主簧片弹性方向两臂上侧挡块的外侧；当副簧片空心卡件套在主簧片弹性方向两臂上，且主簧片和副簧片均处于自由状态时，副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块之间有间隙。

进一步的优选方案，所述一种用于提升无人机着陆缓冲性能的起落架板簧结构，其特征在于：当主簧片受力向外展开时，副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块之间的间隙能够变小直至副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块接触；当副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块接触后，副簧片和主簧片共同受力。

有益效果

大多数情况下无人机在着陆时，起落架只承受了较低的冲击能量(较小的质量/较低的速度)，在这种情况下，为了降低无人机承受的过载，不期望起落架产生较大的载荷。本发明提出的新型的板簧结构利用新型的机械连接配合结构解决了这个问题。起落架在承受较低的冲击能量时，只有主簧片产生变形，在承受较高冲击能量时通过机械连接配合结构使两个簧片都产生变形，这样就可以有效的减小起落架的载荷峰值。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：传统板簧结构示意图；(a)所有簧片通过U形螺栓夹紧；(b)单一簧片结构。

图2：分步能量吸收板簧的布局示意图；(a)分解图；(b)装配图；

图3：机械连接配合结构示意图；

图4：机械连接配合结构局部放大图；

图5：实施例中分步能量吸收板簧的分解示意图；

图6：实施例中分步能量吸收板簧的装配图；

图7：实施例中三种对比结构示意图；

图8：Vo＝0.5m/s时，三种对比结构的竖直位移时间历程；

图9：Vo＝3m/s时，三种对比结构的竖直位移时间历程；

图10：Vo＝0.5m/s时，三种对比结构的竖直载荷时间历程；

图11：Vo＝3m/s时，三种对比结构的竖直载荷时间历程。.

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图2所示，本实施例中的起落架板簧为分步能量吸收板簧，结构分为两部分：主簧片以及分步能量吸收的副簧片。所述主簧片中部能够与无人机机身连接，主簧片弹性方向两端能够与无人机起落架轮胎连接。如图3所示，所述主簧片弹性方向两臂上侧分别具有挡块，所述副簧片弹性方向两端具有上翻的空心卡件。主簧片与副簧片装配时，所述副簧片处于主簧片下侧，且副簧片弹性方向两端的空心卡件套在主簧片弹性方向两臂上，且均处于主簧片弹性方向两臂上侧挡块的外侧；副簧片两端的空心卡件和主簧片两侧的挡块组成了分步能量吸收连接机构。

如图3所示，当副簧片空心卡件套在主簧片弹性方向两臂上，且主簧片和副簧片均处于自由状态时，副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块之间有间隙，空心卡件与挡块之间有一定的间隙可使卡件在一定的范围滑动。副簧片通过卡件连结主簧片上，挡块起到限制卡件运动范围的功能。当主簧片受力向外展开变形时，副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块之间的间隙能够变小直至副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块接触；当副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块接触后，副簧片和主簧片共同受力，副簧片连同主簧片共同变形。

本发明通过主簧片变形，以及空心卡件与挡块的卡锁功能来实现两步变形阶段：

第一阶段是主簧片单独变形，如果对起落架***所施加的冲击能量不足以主簧片变形到使卡件接触挡块，则只有主簧片变形；

第二阶段是主簧片和分步能量吸收簧片(副簧片)都变形，如果对起落架***所施加的冲击能量足以使主簧片产生足够的变形从而使空心卡件滑过间隙接触到挡块，则主簧片和分步能量吸收簧片都变形，即板簧***整体变形。

本实施例选择一架无人机进行实验研究。无人机质量为300kg，起落架为固定直板型，尺寸如图5和图6所示，材料采用7075-T6铝合金，其密度为2810kg/m³，杨氏模量为71.7GPa，拉伸屈服应力为503MPa，极限拉伸应力为572MPa，泊松比为0.33。构建了有限元模型对三种***进行仿真比较：1)仅主簧片，如图7(a)；(2)本发明提出的新型板簧即分步能量吸收板簧，如图7(b)；3)质量和新型板簧相同的等效板簧即传统板簧，如图7(c)。

比较研究了在初始速度分别为0.5m/s、3m/s的情况下起落架的载荷峰值和最大位移。其中图8、9显示了在0.5m/s和3m/s情况下，无人机起落架上的位移-时间曲线。图10、11显示了在0.5m/s和3m/s情况下，无人机起落架上的载荷-时间曲线。

如图8和图9显示，在0.5m/s的情况下仅有主簧片的板簧起落架和分步能量吸收板簧起落架的位移值更接近；在3m/s的情况下分步能量吸收板簧起落架和等效板簧起落架的位移值更接近。在0.5m/s的冲速度下，起落架承受的冲击能量较小，分步能量吸收板簧起落架中主要是主簧片变形来吸收动能进行缓冲，因此其位移值与仅有主簧片的起落架的位移值更接近；在3m/s的冲击速度下，起落架承受的冲击能量较大，分步能量吸收板簧起落架中主簧片和副簧片都产生变形来吸收动能进行缓冲，因此其位移值与等效板簧起落架的位移值更接近。

如图10和图11显示，在0.5m/s的情况下，仅有主簧片的板簧起落架与分步能量吸收板簧起落架的载荷峰值更接近，在3m/s的情况下，分步能量吸收板簧起落架与等效板簧起落架的载荷峰值更接近。并且，在0.5m/s的情况下，分步能量吸收板簧起落架产生的载荷峰值(10416kN)与等效板簧起落架的载荷峰值(14678kN)相比降低了40.92％。在0.5m/s的冲速度下，起落架承受的冲击能量较小，分步能量吸收板簧起落架中主要是主簧片变形来吸收动能进行缓冲，因此其产生的载荷与仅有主簧片的起落架产生的载荷更接近，载荷峰值也更接近；在3m/s的冲击速度下，起落架承受的冲击能量较大，分步能量吸收板簧起落架中主簧片和副簧片都产生变形来吸收动能进行缓冲，因此产生的载荷与等效板簧起落架产生的载荷更接近，载荷峰值也更接近。并且，在0.5m/s的冲击速度下，由于分步能量吸收板簧起落架比等效板簧起落架的位移行程大，且到达最大位移行程所经历的时间比等效板簧起落架到达最大位移行程所经历的时间长，因此在承受同样的冲击时，分步能量吸收板簧起落架的载荷峰值比等效板簧起落架的载荷峰值要小。

实验中等效板簧起落架是传统的板簧起落架。由实验可知本发明提出的分步能量吸收板簧满足无人机在大多数着陆情况下承受较低的冲击能量时，起落架的载荷较传统的板簧起落架的载荷要小。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种用于提升无人机着陆缓冲性能的起落架板簧结构，具有主簧片，所述主簧片中部能够与无人机机身连接，主簧片弹性方向两端能够与无人机起落架轮胎连接；其特征在于：所述主簧片弹性方向两臂上侧分别具有挡块；所述起落架板簧结构还具有副簧片，所述副簧片弹性方向两端具有上翻的空心卡件；所述副簧片处于主簧片下侧，且副簧片弹性方向两端的空心卡件套在主簧片弹性方向两臂上，且均处于主簧片弹性方向两臂上侧挡块的外侧；当副簧片空心卡件套在主簧片弹性方向两臂上，且主簧片和副簧片均处于自由状态时，副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块之间有间隙。

2.根据权利要求1所述一种用于提升无人机着陆缓冲性能的起落架板簧结构，其特征在于：当主簧片受力向外展开时，副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块之间的间隙能够变小直至副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块接触；当副簧片空心卡件与同侧主簧片挡块接触后，副簧片和主簧片共同受力。