橇、輪複合式中小型無人機起落架系統的製作方法

2023-06-04 23:19:16

專利名稱：橇、輪複合式中小型無人機起落架系統的製作方法
技術領域：
橇、輪複合式中小型無人機起落架系統技術領域[0001]本實用新型涉及一種中小型無人機起落架設計技術，特別是一種橇、輪複合式中小型無人機起落架系統(或稱中小型無人機橇輪混合式起落架系統)。
背景技術：
[0002]無人機起落架的性能是無人機飛行場地適應性最關鍵的指標。從萊特兄弟發明的第一架飛機到今天的大型噴氣式客機，飛機的起落架系統經歷了兩個重要的階段，第一階段為早期飛機的後三點式起落架系統(由飛機尾部一個尾輪與前部兩個主輪組成)，其優點是對跑道的要求低，缺點是方向控制性較差，後三點式的起落架系統較適合早期的慢速飛機；第二階段是現代的前三點式起落架系統(由飛機前部一個前輪與中後部兩個主輪組成)，其優點是方向控制性較好，缺點是對跑道的要求較高，適合現代的高速型飛機。由於中小型無人機速度較慢，一般不在專用的機場起降，採用後三點式起落架系統的居多，但是後三點式起落架系統在應用中也遇到一些嚴重影響無人機場地適應性的具體問題，主要是: I)無人機在浙青、水泥等硬質光滑的降落場地降落時，後三點式的輪式起落架地面阻力較小，滑跑距離較長，方向控制精度不高，在實際作業環境中，降落場地的長度和寬度限制很大，經常出現無人機著陸後碰撞障礙物的情況；2)無人機在草地、坑窪地、軟土地等降落場地降落時，前輪的摩擦阻力很大，飛機著陸時速度迅速下降，導致飛機的動量無法順利緩衝消減，易使飛機產生倒翻現象而受損。[0003]為克服上述二個問題，有人開始採用滑撬式起落架並能較好解決了無人機降落中存在容易磕碰、倒翻的問題，但由於滑撬式起落架在起飛階段的摩擦阻力較大，需要滑跑的距離較長，在實際外場作業中起飛場地不易尋找，飛機的場地適應受到極大限制。發明內容[0004]有鑑於此，本實用新型的目的是設計一種兼具輪式和滑撬式起降性能的橇、輪複合式中小型無人機起落架系統，使得具有快速滑跑起飛、短距剎車降落的功能。[0005]本實用新型是以如下技術方案實現的，該橇、輪複合式中小型無人機起落架系統包括一固定於機身前部下方的由前、後起落架支撐臂組成的起落架組件，固定於起落架支撐臂下方構成滑撬組件的滑撬板(由左、右兩個常規的滑撬板組成)，分別安裝在一對滑撬板上的兩個滑跑機輪組件(又稱滑跑主輪模塊)及其位於機身尾部的一個尾輪組件，用於控制起降的控制電路板(安裝於機身上)，其特徵在於[0006]a、所述的位於一對滑撬板上的每個滑跑機輪組件皆具有一用於安裝滑跑機輪的基座，在每個基座中開設有輪軸孔，所述每個滑跑機輪組件皆配設有兩個滑跑機輪並通過一機輪軸對稱安裝在基座輪軸孔的兩側，在所述每個基座的上方皆開設一能與所述滑撬板配合安裝的帶有接觸面的卡槽，在所述每個基座上方的卡槽中央開設有一個用於安置壓縮彈簧的卡孔，在卡孔中央同軸開設有螺紋孔，在所述起落架支撐臂與滑撬板上對著所述基座卡槽的螺紋孔方向還同軸開設有開孔作為滑道孔(即由開孔組成的滑道)；[0007]b、所述的起落架系統還包括一對能控制每個滑跑機輪組件與起落架支撐臂及滑撬板之間既能可靠連接(緊密固連)又能及時分離的自動釋放控制組件(又稱機輪自動分離釋放控制組件)，每個自動釋放控制組件又包括一上端部具有小開孔，底端具有外螺紋的滑動銷、一安裝於滑撬板與基座卡槽的卡孔之間的壓縮彈簧，安裝時，所述滑動銷能從下向上分別松配合穿過由起落架支撐臂與滑撬板開孔組成的滑道孔和壓縮彈簧中心孔並螺接於所述基座卡槽的螺紋孔中，且安裝後，滑動銷上端部的小開孔露出在起落架外；[0008]C、所述每個自動釋放控制組件還包括一根能穿過所述滑動銷上端部小開孔以防止滑動銷從所述的起落架支撐臂與滑撬板開孔組成的滑道孔中滑脫的緊固繩、一穿接在所述緊固繩上並能夠切斷該緊固繩的切割器，該切割器引出有控制導線與所述(機身上的帶電源的)控制電路板連接，所述切割器能在該控制電路板的控制指令下及時快速切斷緊固繩，以實現完成滑跑機輪組件的自動分離釋放動作。[0009]本實用新型還可以進一步具體為[0010]一、所述的切割器是製成汽缸狀的筒形結構，在該汽缸狀筒形結構的切割器中依次設有小活塞及火藥塊，在所述火藥塊中裝有火花塞，在該火花塞的兩極處引出有控制導線與所述位於機身上的控制電路板連接，在所述切割器筒形結構的汽缸壁(即筒壁)上設有穿繩孔，所述的緊固繩是經該穿繩孔橫向穿過切割器的筒形缸壁，切割器切割緊固繩的工作原理是，當無人機的控制系統接收到需要釋放機輪的指令後，在控制電路板的控制指令下產生高壓電流，控制導線得電向切割器火藥塊中的火花塞兩極輸送高壓電時產生電火花，電火花引爆火藥塊，火藥急劇產生的高壓氣體推動小活塞沿著切割器筒形缸壁向前移動，當小活塞經過穿繩孔時，即迅速切斷穿過缸壁穿繩孔中的緊固繩，滑動銷在壓縮彈簧的彈力作用下(在彈簧被壓緊後儲備的勢能作用下)向下滑動並脫離滑道孔，使滑跑機輪組件(即滑跑主輪模塊)從滑撬板上脫落，以完成滑跑機輪組件的自動分離釋放動作。[0011]二、所述的每個滑跑機輪組件(又稱滑跑主輪模塊)位於後起落架支撐臂的下方， 在所述的後起落架支撐臂上設有一對固定銷，安裝後所述(穿過滑動銷的)緊固繩的兩端點固定在該固定銷上。[0012]三、所述基座卡槽上的螺紋孔與所述基座的輪軸孔相連通，所述滑動銷螺接於基座卡槽的螺紋孔中時，該滑動銷螺紋部分的底端能牴觸在所述的機輪軸上(以保持機輪軸安裝在基座輪軸孔中的穩定性)。[0013]四、在所述每個基座上皆開設有一個用於安置微型蜂鳴器的卡孔，所述嵌入在該基座卡孔中的微型蜂鳴器能受震動觸發(以構成「音頻追蹤模塊」)，當滑跑機輪模塊從起落架系統上釋放墜落在地面時，該蜂鳴器能受震動觸發，即由墜落產生的震動觸發其蜂鳴， 以便在複雜的外界環境中迅速尋找到滑跑機輪模塊。[0014]使用本實用新型比現有技術具有以下優點[0015]I、功能完備。起落架系統成功利用滾動摩擦與滑動摩擦的特性，實現了短距離滑跑起飛，短距離剎車降落功能，克服了無人機起飛、降落過程中的磕碰、倒翻等問題，提高了無人機的場地適應能力。[0016]2、重量輕。起落架系統利用了簡單的機械結構與火藥切割器配合以實現釋放機輪的功能，比常規的純機械結構釋放器，機械結構得到最大限度的簡化，整個系統的重量因此被壓縮到最小。以我們驗證起飛重量為20千克的無人機，起落架系統除去滑撬部分，其他結構的重量僅為100克左右。[0017]3、可靠性高。a、起落架系統單邊的「滑跑機輪模塊」採用2個機輪，滑撬板卡在兩個機輪中間的基座上，起落架、滑撬、基座、輪軸、輪子等部件受力均衡，均不產生側向的扭矩，保證了部件不宜破損，整個機械結構可靠性高；b、「滑跑機輪模塊」的釋放由電火花引爆火藥的電子點火、火藥切割緊固繩、壓縮彈簧彈出機輪等幾個技術點構成，這些技術點本身簡單可靠，經過有機整合，整個機輪釋放分系統可靠性較高。C、利用滑撬的滑動摩擦實現剎車，其技術途徑簡單可靠，常規的中小型無人機剎車系統，多採用輪式碟剎，利用氣壓提供剎車時的驅動力，該系統需要複雜的氣路設備和剎車的機械機構，除了系統複雜，故障率高，可靠性低的缺點外，還增加了較多結構重量。[0018]所以，本實用新型結合後三點輪式起落架的優點和滑撬式起落架的優點於一體， 實現了快速滑跑起飛、短距剎車降落的功能。


[0019]圖I是本實用新型起落架系統的一種整體裝配結構示意圖；[0020]圖2是本實用新型起落架系統各個零部件的裝配連接示意圖；[0021]圖3是本實用新型所述切割器的結構示意圖；[0022]圖4是本實用新型起落架系統裝配在無人機上時的結構示意圖。[0023]其中1一起落架組件，2—前(「八」字形)起落架支撐臂，3—後(「八」字形) 起落架支撐臂，4一滑撬組件(由左、右兩個常規的滑撬板組成)，5-滑撬板，6—滑跑機輪 (又稱滑跑主輪)，7—機輪輪擋，8—基座，9—基座的輪軸孔，10-配有機輪輪擋的機輪軸， 11-基座上的卡槽，12-壓縮彈簧(又稱壓式彈簧)，13-基座卡槽上的卡孔(用於安置壓縮彈簧)，14-位於基座卡槽上的螺紋孔，15-滑道孔(由起落架支撐臂與滑撬板開孔組成)，16—自動釋放控制組件(又稱機輪自動分離釋放控制組件)，17-底端具有外螺紋的滑動銷，18—滑動銷上端部的小開孔，19—緊固繩，20—切割器，21—火藥塊，22—火花塞， 23-控制導線，24-小活塞，25-設在切割器筒形缸壁(筒壁)上的穿繩孔，26-固定銷， 27—微型蜂鳴器，28-安裝蜂鳴器的卡孔，29—無人機機身，30—(機身上的帶電源的)控制電路板，31 —尾輪組件。
具體實施方式
[0024]參照附圖，本實用新型是以如下技術方案實現的，該橇、輪複合式中小型無人機起落架系統，包括一固定於機身前部下方的由(常規的「八」字形)前、後起落架支撐臂組成的起落架組件1，固定於起落架支撐臂下方的構成滑撬組件4的滑撬板5 (由左、右兩個常規的滑撬板組成)，分別安裝在一對滑撬板5上的兩個滑跑機輪組件(又稱滑跑主輪模塊) 及其位於機身尾部的一個尾輪組件31，用於控制起降的(安裝於機身上帶電源的)控制電路板30，其特徵在於[0025]a、所述的位於一對滑撬板上的每個滑跑機輪組件(又稱滑跑主輪模塊，位於後 「八」字形起落架支撐臂的下方)皆具有一用於安裝滑跑機輪(又稱滑跑主輪)6的基座8， 在每個基座中開設有輪軸孔9，所述每個滑跑機輪組件皆配設有兩個滑跑機輪6並通過一機輪軸10對稱安裝在基座輪軸孔9的兩側，在所述每個基座8的上方皆開設一能與所述滑撬板5配合安裝的帶有接觸面的卡槽11，在所述每個基座8上方的卡槽中央開設有一個用於安置壓縮彈簧12的卡孔13，在卡孔中央同軸開設有螺紋孔14，在所述起落架支撐臂3與滑撬板5上對著所述基座卡槽的螺紋孔14方向還同軸開設有開孔作為滑道孔15 ；[0026]b、所述的起落架系統還包括一對能控制每個滑跑機輪組件(又稱滑跑主輪模塊) 與起落架支撐臂及滑撬板(指後「八」字形起落架支撐臂及滑撬板)5之間既能可靠連接 (緊密固連)又能及時分離的自動釋放控制組件(又稱機輪自動分離釋放控制組件)16，每個自動釋放控制組件又包括一上端部具有小開孔18，底端具有外螺紋的滑動銷17、一安裝於滑撬板5與基座卡槽的卡孔13之間的壓縮彈簧12，安裝時，所述滑動銷17能從下向上分別松配合穿過由起落架支撐臂與滑撬板開孔組成的滑道孔(即由後起落架支撐臂和滑撬板的開孔組成的滑道孔)15和壓縮彈簧中心孔並螺接於所述基座卡槽的螺紋孔14中，且安裝後，滑動銷17上端部的小開孔18露出在起落架外；[0027]C、所述每個自動釋放控制組件(又稱機輪自動分離釋放控制組件)16還包括一根能穿過所述滑動銷17上端部小開孔18以防止滑動銷從所述的起落架支撐臂與滑撬板開孔組成的滑道孔15中(即由後「八」字形起落架支撐臂和滑撬板的開孔組成的滑道孔中) 滑脫的緊固繩19、一穿接在所述緊固繩上並能夠切斷該緊固繩的切割器20，該切割器引出有控制導線23與所述(機身上帶電源的)控制電路板30連接，所述切割器20能在該控制電路板30的控制指令下及時快速切斷緊固繩19，以實現完成滑跑機輪組件的自動分離釋放動作。[0028]本實用新型還可以進一步具體為[0029]一、所述的切割器20是製成汽缸狀的筒形結構，在該汽缸狀筒形結構的切割器中依次設有小活塞24及火藥塊21，在所述火藥塊中裝有火花塞22，所述控制導線23的一端與火花塞22的兩極連接，另一端與所述位於機身29上的(帶電源的)控制電路板30連接 (即該火花塞22的兩極處引出有控制導線23與所述機身上的帶電源的控制電路板連接)， 在所述切割器筒形結構的汽缸壁(即筒壁)上設有穿繩孔25，所述的緊固繩19是經該穿繩孔橫向穿過切割器的筒形缸壁(筒壁)，切割器切割緊固繩的工作原理是，當無人機的控制系統接收到需要釋放機輪的指令後，在控制電路板的控制指令下產生高壓電流，控制導線得電向切割器火藥塊中的火花塞兩極輸送高壓電時產生電火花，電火花引爆火藥塊，火藥急劇產生的高壓氣體推動小活塞沿著切割器筒形缸壁向前移動，當小活塞經過穿繩孔時， 即迅速切斷穿過缸壁穿繩孔中的緊固繩(小活塞移動到切割器筒形缸壁底部，高壓氣體從穿繩孔中釋放)，滑動銷在壓縮彈簧的彈力作用下(在彈簧被壓緊後儲備的勢能作用下)向下滑動並脫離滑道孔15，使滑跑機輪組件從滑撬板5上脫落，以完成滑跑機輪組件的自動分離釋放動作。[0030]二、所述的(位於一對滑撬板上)的每個滑跑機輪組件位於後(「八」字形)起落架支撐臂3的下方，在所述的後起落架支撐臂3上設有一對固定銷26，安裝後所述(穿過滑動銷的)緊固繩19的兩端點固定在該固定銷上。[0031]三、所述基座卡槽上的螺紋孔14與所述基座的輪軸孔9相連通，所述滑動銷17螺接於基座卡槽的螺紋孔中時，該滑動銷螺紋部分的底端能牴觸在所述的機輪軸10上(以保持機輪軸安裝在基座輪軸孔中的穩定性)。[0032]四、在所述每個基座8上皆開設有一個用於安置微型蜂鳴器27的卡孔28，所述嵌入在基座卡孔28中的微型蜂鳴器能受震動觸發(以構成「音頻追蹤模塊」)，當滑跑機輪模塊從起落架系統上釋放墜落在地面時，該蜂鳴器能受震動觸發，即由墜落產生的震動觸發其蜂鳴，以便在複雜的外界環境中迅速尋找到滑跑機輪模塊。具體實施例[0033]I、系統裝配。把輪軸8插入基座中的輪軸孔9中，把滑動銷螺入到基座卡槽中間的螺紋孔中，鎖緊後可固定住輪軸，使其不會在輪軸孔中滑動，在輪軸兩邊裝進機輪，並鎖好機輪輪擋7，把壓縮彈簧(壓式彈簧)卡人到基座的圓形卡孔內，此時壓縮彈簧與滑動銷同心，壓縮彈簧的直徑比滑動銷直徑大以確保兩者不接觸，把滑動銷從下向上穿過滑撬和起落架的開孔組成的滑道，滑動銷上部的小開孔露出在起落架外，把緊固繩穿過滑動銷上的小開孔，套住滑動銷，然後再穿過切割器筒形缸壁(筒壁)上的穿繩孔，最後固定在起落架的固定銷上，此時要確保壓縮彈簧完全壓緊，由於壓縮彈簧的彈性係數並不大(彈簧的彈性係數不宜過大，一般在最大壓縮狀態下，最大彈力達到I牛頓即可)，可以確保壓縮彈簧完全壓緊，基座的卡槽與滑撬板配合無間隙，然後把控制導線接入到無人機的(帶電源的) 控制電路板中，裝配完畢。[0034]2、一個完整的釋放應用過程。無人機在機輪的支撐下滑跑起飛，離地後，無人機控制系統發出拋輪的指令，接到指令，起落架系統的控制導線產生電流，電火花點燃切割器內的火藥，引爆切斷緊固繩，緊固繩從滑動銷的小開孔中脫離，滑動銷在壓縮彈簧的彈力作用下(儲備的勢能作用下)向下滑動，使滑跑機輪模塊(即滑跑機輪組件)從滑撬上脫落，無人機執行正常分飛行任務，機輪模塊墜落在起飛場附近的場地中，由墜落產生的震動觸發機輪模塊上的蜂鳴器，地勤人員根據蜂鳴器的音頻信號尋找到機輪模塊，無人機執行完任務後，返航降落，此時起落架為滑撬式，觸地後產生的滑動摩擦阻力使其快速停下，向機頭方向延伸的滑撬在地面較粗糙的時候可確保無人機不會倒翻。[0035]工作原理在無人機起飛階段，滑跑機輪模塊與滑撬板緊密固連，能在輪子的支撐下滑跑起飛利用滾動摩擦係數小的原理實現無人機迅速加速，短距離快速滑跑起飛；滑跑起飛離地後，在控制電路板的控制指令下釋放滑跑機輪，此時無人機起落架則轉化成為了滑撬式，降落時，利用滑撬滑動摩擦係數大的原理，實現了短距剎車降落的功能。[0036]本實用新型的未述部分與現有技術相同。
權利要求1.一種橇、輪複合式中小型無人機起落架系統，包括一固定於機身前部下方的由前、後起落架支撐臂組成的起落架組件(I)，固定於起落架支撐臂下方的構成滑撬組件(4)的滑撬板(5)，分別安裝在一對滑撬板(5)上的兩個滑跑機輪組件及其位於機身尾部的一個尾輪組件(31)，用於控制起降的控制電路板(30)，其特徵在於 a、所述的位於一對滑撬板上的每個滑跑機輪組件皆具有一用於安裝滑跑機輪(6)的基座(8)，在每個基座中開設有輪軸孔(9)，所述每個滑跑機輪組件皆配設有兩個滑跑機輪並通過一機輪軸(10)對稱安裝在基座輪軸孔(9)的兩側，在所述每個基座(8)的上方皆開設一能與所述滑撬板(5)配合安裝的帶有接觸面的卡槽(11)，在所述每個基座(8)上方的卡槽中央開設有一個用於安置壓縮彈簧(12)的卡孔(13)，在卡孔中央同軸開設有螺紋孔(14)，在所述起落架支撐臂(3)與滑撬板(5)上對著所述基座卡槽的螺紋孔(14)方向還同軸開設有開孔作為滑道孔(15)； b、所述的起落架系統還包括一對能控制每個滑跑機輪組件與起落架支撐臂及滑撬板(5)之間既能可靠連接又能及時分離的自動釋放控制組件(16)，每個自動釋放控制組件又包括一上端部具有小開孔(18)，底端具有外螺紋的滑動銷(17)、一安裝於滑撬板(5)與基座卡槽的卡孔(13)之間的壓縮彈簧(12)，安裝時，所述滑動銷(17)能從下向上分別松配合穿過由起落架支撐臂與滑撬板開孔組成的滑道孔(15)和壓縮彈簧中心孔並螺接於所述基座卡槽的螺紋孔(14)中，且安裝後，滑動銷(17)上端部的小開孔(18)露出在起落架外； C、所述每個自動釋放控制組件(16)還包括一根能穿過所述滑動銷(17)上端部小開孔(18)以防止滑動銷從所述的起落架支撐臂與滑撬板開孔組成的滑道孔(15)中滑脫的緊固繩(19)、一穿接在所述緊固繩上並能夠切斷該緊固繩的切割器(20)，該切割器引出有控制導線(23)與所述的控制電路板(30)連接，所述切割器(20)能在該控制電路板30的控制指令下及時切斷緊固繩(19)，以完成滑跑機輪組件的自動分離釋放動作。
2.根據權利要求I所述的橇、輪複合式中小型無人機起落架系統，其特徵在於，所述的切割器(20)是製成汽缸狀的筒形結構，在該汽缸狀筒形結構的切割器中依次設有小活塞(24)及火藥塊(21)，在所述火藥塊中裝有火花塞(22)，所述控制導線(23)的一端與火花塞22的兩極連接，另一端與所述位於機身(29)上的控制電路板(30)連接，在所述切割器筒形結構的汽缸壁上設有穿繩孔(25)，所述的緊固繩(19)是經該穿繩孔橫向穿過切割器的筒形缸壁。
3.根據權利要求I所述的橇、輪複合式中小型無人機起落架系統，其特徵在於，所述的的每個滑跑機輪組件位於後起落架支撐臂(3)的下方，在所述的後起落架支撐臂(3)上設有一對固定銷(26)，安裝後所述緊固繩(19)的兩端點固定在該固定銷上。
4.根據權利要求I所述的橇、輪複合式中小型無人機起落架系統，其特徵在於，所述基座卡槽上的螺紋孔(14)與所述基座的輪軸孔(9)相連通，所述滑動銷(17)螺接於基座卡槽的螺紋孔中時，該滑動銷螺紋部分的底端能牴觸在所述的機輪軸(10)上。
5.根據權利要求I所述的橇、輪複合式中小型無人機起落架系統，其特徵在於，在所述每個基座(8)上皆開設有一個用於安置微型蜂鳴器(27)的卡孔(28)。
專利摘要一種橇、輪複合式中小型無人機起落架系統，其特徵是位於滑撬板上的每個滑跑機輪組件具有一用於安裝機輪的基座，在基座上方設一卡槽，卡槽中央設有安置壓縮彈簧的卡孔，在卡孔中央同軸開設有螺紋孔，在起落架支撐臂與滑撬板上對著螺紋孔方向同軸開設有滑道孔；起落架系統還包括一對能控制每個滑跑機輪組件及時分離的自動釋放控制組件，每個自動釋放控制組件包括一上端部具有小開孔的滑動銷、一根能穿過滑動銷上端部小開孔以防止滑動銷從滑道孔中滑脫的緊固繩、一穿接在緊固繩上並能夠切斷該緊固繩的切割器，切割器能在控制電路板的控制指令下及時切斷緊固繩，以完成滑跑機輪組件的自動分離釋放動作，從而實現快速滑跑起飛、短距剎車降落的功能。
文檔編號B64C25/10GK202807093SQ20122048227
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者馬永政, 吳雲東, 王東, 陳水利, 張強, 耿利川 申請人:馬永政, 王東