CN113978762A - 一种无人机起落架气动载荷模拟装置及加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机起落架气动载荷模拟装置及加载方法。所述装置包括等比例转换机构(8)和加载缸(9)，所述等比例转换机构包括依次铰接连接的摇臂(8‑1)、扭矩传感器(8‑2)及四连杆机构(8‑3)，起落架旋转轴的轴线与安装在所述旋转轴上的四连杆机构的底边铰接轴的轴线重合；所述加载缸的活塞杆经牵引绳(10)连接摇臂的悬臂，加载缸的有杆腔设置溢流阀(9‑1)和介质输入口(9‑2)，加载缸的无杆腔上设置调压阀(9‑3)。本发明通过等比例转换机构将气动载荷转换到起落架的旋转轴上，气动载荷由平面载荷等效成旋转轴的扭矩，然后通过加载缸作用到摇臂上，同时确保加载缸的压力值恒定，保证起落架气动载荷的准确性。

Description

一种无人机起落架气动载荷模拟装置及加载方法

技术领域

本发明涉及无人机起落架收放试验中气动载荷的模拟试验，特别是一种无人机起落架气动载荷模拟装置及加载方法。

背景技术

起落架在模拟气动载荷下的收放试验为产品研发过程中重要的一项***级类试验。真实的气动载荷是通过仿真计算或进行样机级别的风动试验获取，试验室模拟是按照飞机总体要求提供的气动载荷进行相应地载荷模拟，进而验证相应地功能，比对数据的吻合度。

目前通常的起落架收放试验中气动载荷加载方式为配重法加载形式，即通过理论计算将气动载荷等价到起落架支柱的某一点上，通过定滑轮进行转换，配重块悬空吊装，使配重块的质量等同于气动载荷的大小。具体请参图1所示，将上位锁2、驱动筒7和起落架缓冲支柱5等通过上位锁连接座1、起落架连接座3和撑杆连接座4固连起来，其中，驱动筒7的驱动杆与连接撑杆连接座4和起落架缓冲支柱5的两段式撑杆中的一段铰接。起落架收放时，在驱动筒7的作用下，起落架缓冲支柱5绕着起落架旋转轴6旋转实现起落架的收起或放下，在此过程中，按照要求的特定气动载荷值施加于起落架支柱5底端的某一点上。在图1中，所述特定气动载荷值通过牵引绳10、定滑轮机构11和配重块12组成的加载机构完成加载，图中D尺寸代表起落架收放过程中起落架上下移动的距离，同时，根据相应地几何关系，配重块12需相应地上下移动R*arccos

距离。

这种气动载荷加载方式在起落架快速放下的过程中，在起落架放下速度不快时，因配重块12不易摆动，且因放下过程缓慢，在放下终端惯性力对气动载荷的影响相对较小，但是，由于配重块12在放下的终了位置仍存在很大的速度，再加上配重块12重力作用会额外增加一个惯性力，导致加载的气动载荷急剧增大，影响最终的试验结果。特别是，对于无人机类起落架，因多采用的是气体作为动力源，整个放下过程较快，在放下过程中会出现配重块前后摆动，且因惯性原因，在放下终了位置处会额外引入惯性力的冲击效应，在气动载荷大小上会与理论计算值存在较大的误差；另一方面，起落架通过配重块实现气动载荷加载时，在空间上需预留足够的高度，实现起落架收放过程的高度差与起落架的配重块行程匹配，对试验机构的空间要求较高。因此，通常的起落架收放试验中气动载荷加载方式不适应于无人机起落架收放试验中气动载荷的加载。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有起落架收放试验中气动载荷加载方式的不足，本发明提供一种无人机起落架气动载荷模拟装置及加载方法，通过改变气动载荷转换方式，同时避免放下过程中惯性力对加载的影响，达到真实模拟气动载荷情况下进行试验的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种无人机起落架气动载荷模拟装置，包括支撑框架，所述支撑框架上铰接安装驱动筒、撑杆及起落架缓冲支柱，所述起落架缓冲支柱经旋转轴铰接所述支撑框架，其结构特点在于：

所述支撑框架的顶板上安装等比例转换机构，所述等比例转换机构包括依次铰接连接的摇臂、扭矩传感器及平行四边形状的四连杆机构，所述四连杆机构的底边一铰接轴固定连接所述扭矩传感器，所述四连杆机构的底边另一铰接轴安装在所述旋转轴上，所述旋转轴的轴线与安装在所述旋转轴上的四连杆机构的底边铰接轴的轴线重合；

所述支撑框架的底板上安装加载缸，所述加载缸的活塞杆经牵引绳连接所述摇臂的悬臂，所述加载缸的有杆腔设置溢流阀和介质输入口，所述加载缸的无杆腔上设置调压阀。

本发明通过等比例转换机构将气动载荷转换到起落架缓冲支柱的旋转轴上，气动载荷由平面载荷等效成旋转轴的扭矩，然后通过加载缸的压力加载到等比例转换机构的摇臂上，同时在加载缸上设计调压阀，确保加载缸的压力值恒定，实现气动载荷按规律随时间变化，保证起落架气动载荷的准确性。

本发明试验原理的特点是：将气动载荷转换到旋转轴上的扭矩后，起落架缓冲支柱在放下过程中的落差由配重法中的高度落差转换成旋转轴的旋转，极大地降低了整个试验机构的高度，同时在起落架缓冲支柱放下时气动负载始终保持一定的比例关系，不会引入多余的惯性力等因素的影响。

优选地，所述旋转轴上套装限位装置，所述限位装置上设置起落架缓冲支柱限位档，所述起落架缓冲支柱临近所述起落架缓冲支柱限位档安装，并与所述起落架缓冲支柱限位档固定连接，从而避免了起落架缓冲支柱在收放过程中的偏摆，进一步提高了气动载荷增加的准确性。

优选地，所述限位装置上相隔一距离平行安装两块所述起落架缓冲支柱限位档，且所述起落架缓冲支柱安装在所述两块起落架缓冲支柱限位档之间，并与所述起落架缓冲支柱限位档固定连接。

优选地，所述旋转轴的轴线、限位装置的轴线及安装在所述旋转轴上的四连杆机构的底边铰接轴的轴线重合。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种所述的无人机起落架气动载荷模拟装置的加载方法，其特点在于：

在起落架缓冲支柱收起过程中，驱动筒提供驱动压力，使起落架进行收起动作，同时加载缸的介质输入口输入通过理论计算得出的加载缸所需要提供的压力值的介质，加载缸的无杆腔连通保持压力恒定；

在起落架缓冲支柱放下过程，驱动筒提供驱动压力，使起落架进行放下动作，同时加载缸的介质输入口输入通过理论计算得出的加载缸所需要提供压力值的介质，加载缸的无杆腔连通保持压力恒定，且加载缸所产生的压力通过牵引绳、摇臂传递到起落架旋转轴上克服起落架放下所产生的扭矩负载，实现气动载荷下的起落架放下试验。

优选地，当加载缸的有杆腔的压力增大时通过溢流阀导出部分介质，保证有杆腔的压力值恒定。

本发明的优点在于：

1、将传统气动载荷模拟装置的垂直方向配重加载形式通过等比例转换机构将起落架气动载荷等效为集中载荷后，将气动载荷的变化通过气缸的定压力和摇臂的旋转实现，确保起落架的气动载荷加载的正确性，提高了试验数据的可信度。

2、本发明通过等比例转换机构将气动载荷转换到起落架缓冲支柱的旋转轴上，从空间上减少了支撑框架的高度。

3、本发明通过加载缸施加气动载荷形式，相对于配重法加载形式在一定的包线范围内进行载荷的模拟，在放下状态过程中避免了因惯性力造成的负载波动值，尤其在起落架快速放下的情况下，效果更为显著。

4、本发明实施方便，通用性较广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为起落架配重法施加气动载荷的结构示意图。

图2为采用本发明无人机起落架气动载荷模拟装置时的起落架收上状态示意图。

图3为采用本发明无人机起落架气动载荷模拟装置时的起落架放下状态示意图。

图4为本发明等比例转换机构的结构示意图。

图5为本发明加载缸的结构示意图。

在图中：

1、上位锁连接座；2、上位锁；3、起落架连接座；4、撑杆连接座；5、起落架缓冲支柱；

6、旋转轴；7、驱动筒；8、等比例转换机构；9、加载缸；10、牵引绳；

11、定滑轮机构；12、配重块；13、驱动筒安装座；14、撑杆；

8-1、摇臂；8-2、扭矩传感器；8-3连杆机构；8-4、起落架缓冲支柱限位档；8-5、转换机构连接板；

9-1、溢流阀；9-2、介质输入口；9-3、调压阀；9-4、气缸底座；A-有杆腔；B-无杆腔。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

为了便于描述，各部件的相对位置关系，如：上、下、左、右等的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。

如图2、图3所示，本发明无人机起落架气动载荷模拟装置一实施例包括主要由试验机构顶板、试验机构立梁和试验机构底板构成的支撑框架，试验机构顶板上安装起落架连接座3、撑杆连接座4和驱动筒安装座13，试验机构立梁上安装上位锁连接座1，试验机构底板上安装加载缸9。

所述上位锁连接座1上安装用于将收起的起落架缓冲支柱5锁定的上位锁2。

所述起落架连接座3上通过旋转轴6铰接安装起落架缓冲支柱5，所述撑杆连接座4连接撑杆14，所述驱动筒安装座13上铰接驱动筒7。所述撑杆14为两段式铰接撑杆，其第一段的一端与所述撑杆连接座4铰接，第二段的一端连接起落架缓冲支柱5，第一段的另一端与第二段的另一端铰接，且所述驱动筒7的驱动杆连接所述第一段的中部。

所述旋转轴6上安装等比例转换机构8。如图4所示，所述等比例转换机构8主要由通过牵引绳10连接加载缸9活塞杆的摇臂8-1、用于测量旋转轴6扭矩的扭矩传感器8-2、平行四边形状的四连杆机构8-3、用于限制起落架缓冲支柱5偏摆的起落架缓冲支柱限位档8-4和用于与支撑结构连接的转换机构连接板8-5组成，其中，扭矩传感器8-2的一端连接摇臂8-1的一端，另一端连接四连杆机构8-3底边的铰接轴，四连杆机构8-3底边的另一铰接轴安装在旋转轴6上，且旋转轴6上套设安装用于限制起落架偏摆的限位装置，所述限位装置、旋转轴6及安装在旋转轴6上的四连杆机构8-3的底边铰接轴的轴线重合。所述限位装置包括相隔一距离平行设置两块起落架缓冲支柱限位档8-4，所述起落架缓冲支柱5安装在所述两块起落架缓冲支柱限位档8-4之间，并与所述起落架缓冲支柱限位档8-4固定连接。这样，通过平行四边形状的四连杆机构8-3将旋转轴6处的扭矩M1平移到了扭矩传感器8-2处(如图中M2所示)，同时通过摇臂8-1的悬臂经牵引绳10与加载缸9连接，就可通过摇臂8-1的悬臂长度以及旋转动作，将加载缸9提供的气动载荷加载到旋转轴6处，从而使气动载荷由传统的机轮轴处加载改变为旋转轴6处的加载。

如图5所示，所述加载缸9包括有杆腔A和无杆腔B，所述有杆腔A上设置用于溢出气体的溢流阀9-1(在本实施中，气动载荷的提供介质以气体为例进行说明，但显然，液压油等也可提供气动载荷)和用于为有杆腔A提供气体的介质输入口9-2，所述无杆腔B上设置调压阀9-3，且所述加载缸9通过气缸底座9-4铰接安装在试验机构底板(地面)上，加载缸9的活塞杆通过牵引绳10连接等比例转换机构8的摇臂8-1。使用时，通过理论计算得出加载缸9所需要提供的气压值，从介质输入口9-2提供计算的气压值至加载缸9的有杆腔A，在起落架放下过程中扭矩的变化由图4中的四连杆机构8-3、摇臂8-1通过牵引绳10与加载缸9相连接。为保证加载缸9的无杆腔B不产生负压，无杆腔B通过调压阀9-3与大气相通。

本发明通过将起落架缓冲支柱5安装于支撑框架上，同时通过等比例转换机构8将起落架的收放作动转换成旋转轴6的旋转形式测量，气动载荷通过加载缸9进行加载，达到模拟起落架放下过程的加载过程。

显然，本发明无人机起落架气动载荷模拟装置的安装起落架的方式与配重法相同，但在气动载荷转换方式上与配重法不同：通过图4所示的等比例转换机构8将要求的特定气动载荷值等效转换为起落架旋转轴6处的扭矩，通过旋转轴6与摇臂8-1、牵引绳10和加载缸结构9共同组成负载动力源，实现起落架放下时的气动载荷加载。

下面以起落架放下动作为例，具体说明气动载荷的加载过程：

图2到图3为起落架在气动载荷情况下的状态变化图。如图2所示，将起落架缓冲支柱5收起至锁定位置后，通过上位锁2进行锁定，然后给加载缸9的介质输入口9-2输入介质，使加载缸9提供通过理论计算得出的气压值，再由驱动筒7提供驱动压力，使起落架进行放下动作；此时，由于加载缸9所提供的气压值通过牵引绳10与摇臂8-1传递到起落架旋转轴6上，在起落架缓冲支柱5放下的过程中克服所产生的扭矩负载，实现气动载荷下的起落架放下试验；在起落架缓冲支柱5放下过程中，加载缸9的有杆腔A的容积会减小，同时加载缸9的无杆腔B的容积会相应增大，由于体积变化导致的有杆腔压力增大通过溢流阀9-1导出而保持有杆腔压力恒定，无杆腔B由于通过调压阀9-3与大气相通故一直保持压力恒定；由于加载缸9的有杆腔A和无杆腔B内的气压分别保持恒定，使起落架缓冲支柱5在放下过程中牵引绳10始终保持紧绷状态，作用于起落架旋转轴6上的扭矩M1转换成图4中的扭矩M2，根据扭矩＝力×力臂，此时，M2的大小仅仅与图4中摇臂8-1的机构长度和旋转角度相关，在已知摇臂8-1的长度后，作用于起落架旋转轴6上的扭矩M1就仅仅与起落架放下的角度(即摇臂的旋转角度)相关，在所述限位装置、平行四边形状的四连杆机构的唯一几何关系限定下，扭矩M2的大小仅仅与起落架的放下角度存在关系，进而保证起落架整个放下过程中的气动载荷可按照要求值进行施加，最终实现准确地加载，确保了试验数据的真实有效。

以上所述，仅为本发明的具体实施方案，但本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种无人机起落架气动载荷模拟装置，包括支撑框架，所述支撑框架上铰接安装驱动筒(7)、撑杆(14)及起落架缓冲支柱(5)，所述起落架缓冲支柱经旋转轴(6)铰接所述支撑框架，其特征在于，

所述支撑框架的顶板上安装等比例转换机构(8)，所述等比例转换机构包括依次铰接连接的摇臂(8-1)、扭矩传感器(8-2)及平行四边形状的四连杆机构(8-3)，所述四连杆机构的底边一铰接轴固定连接所述扭矩传感器，所述四连杆机构的底边另一铰接轴安装在所述旋转轴上，所述旋转轴的轴线与安装在所述旋转轴上的四连杆机构的底边铰接轴的轴线重合；

所述支撑框架的底板上安装加载缸(9)，所述加载缸的活塞杆经牵引绳(10)连接所述摇臂的悬臂，所述加载缸的有杆腔(A)设置溢流阀(9-1)和介质输入口(9-2)，所述加载缸的无杆腔(B)上设置调压阀(9-3)。

2.根据权利要求1所述的无人机起落架气动载荷模拟装置，其特征在于，所述旋转轴上套装限位装置，所述限位装置上设置起落架缓冲支柱限位档(8-4)，所述起落架缓冲支柱临近所述起落架缓冲支柱限位档安装，并与所述起落架缓冲支柱限位档固定连接。

3.根据权利要求2所述的无人机起落架气动载荷模拟装置，其特征在于，所述限位装置上相隔一距离平行安装两块所述起落架缓冲支柱限位档，且所述起落架缓冲支柱安装在所述两块起落架缓冲支柱限位档之间，并与所述起落架缓冲支柱限位档固定连接。

4.根据权利要求2所述的无人机起落架气动载荷模拟装置，其特征在于，所述旋转轴的轴线、限位装置的轴线及安装在所述旋转轴上的四连杆机构的底边铰接轴的轴线重合。

5.一种权利要求1-4中任一项所述的无人机起落架气动载荷模拟装置的加载方法，其特征在于，

在起落架缓冲支柱收起过程中，驱动筒提供驱动压力，使起落架进行收起动作，同时加载缸的介质输入口输入通过理论计算得出的加载缸所需要提供的压力值的介质，加载缸的无杆腔连通保持压力恒定；

在起落架缓冲支柱放下过程，驱动筒提供驱动压力，使起落架进行放下动作，同时加载缸的介质输入口输入通过理论计算得出的加载缸所需要提供压力值的介质，加载缸的无杆腔连通保持压力恒定，且加载缸所产生的压力通过牵引绳、摇臂传递到起落架旋转轴上克服起落架放下所产生的扭矩负载，实现气动载荷下的起落架放下试验。

6.根据权利要求5所述的无人机起落架气动载荷模拟装置的加载方法，其特征在于，当加载缸的有杆腔的压力增大时通过溢流阀导出部分介质，保证有杆腔的压力值恒定。

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