一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提出一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置，采用選材為碳纖維樹脂基復合材料的箱型梁結構代替了原有的雙側板加內側支撐件的結構，在箱型梁結構上表面從前到后依次開五個方形孔，分別作為前輪輪軸連接件、前輪舵機、立尾前連接件、立尾后連接件、方向舵舵機的安裝位置。前輪通過輪叉輪軸與起落架相連接，用于控制轉向，后輪通過后輪輪架與起落架下表面相連接，用于承受飛機重量，起落架整體通過前后立尾連接件與立尾相連。相比于原先設計，起落架主體抗壓、抗拉、抗扭性能更好，充分提高橫向穩定性，以及對滑行軌跡的控制能力，而且起落架主體一體化成型，減少了連接件與連接螺絲的使用，并在強度富余的部位打上多個減輕孔進一步減重。
【專利說明】
一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置
技術領域
[0001]本發明涉及小型無人飛行器起落架結構設計領域，具體為一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置。
【背景技術】
[0002]在無人機的設計過程中，針對起落架，一方面要求其結構重量輕，具體表現在結構設計巧妙、布局合理，材料選擇適宜，另一方面還要能承擔飛行器降落時所帶來的巨大沖擊，具體表現在起落架整體結構能夠承受住飛行器降落時與地面的沖擊載荷。要做到滿足無人機對起落架的功能需求和苛刻的重量設計指標，在起落轉置的整體設計過程中，要在確保起落架強度和剛度的前提下，力求做到起落架的結構簡單，性能完善，并且達到最輕的結構重量。
[0003]在某新型無人機的設計過程中，由于該型無人機采用了機身下方帶有雙立尾，起落架通過立尾連接至機身的結構形式，因此常規的起落架結構形式無法滿足設計需求，需要設計一種新型的起落架機構。
[0004]針對輪叉和輪軸的連接，傳統的設計由于附加的連接件過多，大大增加了輪叉組件的重量。為了減輕重量，在一些設計中將輪叉與輪軸連為一體，從而控制起落架前輪的轉動。但由于這里輪叉和輪軸是不同材料，無法通過焊接成為一體，所以必須采用附加的連接件使其固定連接。
[0005]針對上述要求，同時為了滿足重量指標，初始設計方案(如圖1所示)起落架主體部件及輪叉組件中輪叉所采用的材料均為重量較輕的硬鋁，而輪軸由于需要承受巨大的沖擊載荷，需采用剛性與強度好的45號鋼。但在某新型無人機的測試過程中，由于采用該設計方案的起落架強度與剛度不足而導致飛機在滑行過程中出現橫向穩定性不佳的現象。
【發明內容】
[0006]針對上述存在的技術問題，滿足小型無人飛行器在實際應用中的功能指標，并使其組件重量更輕且具有更優秀的承受沖擊載荷的能力，本發明提出了一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置，新起落架用一個選材為碳纖維樹脂基復合材料的箱型梁結構代替了原有的雙側板加內側支撐件的結構，在箱型梁結構上表面從前到后依次開五個方形孔，分別作為前輪輪軸連接件、前輪舵機、立尾前連接件、立尾后連接件、方向舵舵機的安裝位置。前輪通過輪叉輪軸與起落架相連接，用于控制轉向，后輪通過后輪輪架與起落架下表面相連接，用于承受飛機重量，起落架整體通過前后立尾連接件與立尾相連。為了進一步的減重，在起落架主體上表面及側表面強度富余位置打上了多個圓形減輕孔。起落架主體及后輪輪架采用了碳纖維復合材料，前輪輪叉和輪軸固定件采用了硬鋁材料，與前輪輪叉相連的輪軸則采用了剛性與強度適宜的45號鋼。
[0007]本發明的技術方案為:
[0008]所述一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置，其特征在于:包括起落架主體、前輪、后輪、前輪轉向舵機以及前輪輪軸輪叉組件；
[0009]所述起落架主體為由碳纖維復合材料一體成型的箱型梁結構；沿起落架前后方向，在箱型梁上表面相應位置開有五個方形孔，分別作為前輪輪軸固定件、前輪轉向舵機、前立尾連接件、后立尾連接件及方向舵舵機的安裝位置；
[0010]前立尾連接件和后立尾連接件安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接，用于與小型無人飛行器機身下方立尾連接；
[0011 ]起落架主體中部下方固定安裝有后輪輪架，后輪與后輪輪架通過后輪轉軸連接；后輪輪架為碳纖維復合材料；
[0012]前輪轉向舵機安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接；
[0013]所述前輪輪軸輪叉組件包括前輪輪軸、前輪輪軸固定件和輪叉;輪叉和前輪輪軸固定件采用硬鋁材料;前輪輪軸采用45號鋼;前輪輪軸固定件安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接;前輪轉向舵機的舵機連桿通過曲臂與前輪輪軸的端部連接，前輪轉向舵機通過舵機連桿和曲臂帶動前輪輪軸轉動；
[0014]前輪輪軸穿過前輪輪軸固定件與輪叉配合;前輪輪軸與輪叉配合的端部設計有圓盤，圓盤面上設計有非圓形凸臺，并在凸臺端面上開有螺紋孔;輪叉與前輪輪軸配合的連接面上開有與非圓形凸臺大小、形狀相同的通孔;前輪輪軸與輪叉配合時，非圓形凸臺插入所述通孔中，并在所述螺紋孔內安裝有帶墊片的螺釘，將前輪輪軸與輪叉緊固；輪叉通過前輪轉軸與前輪連接；
[0015]方向舵舵機安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接;方向舵舵機控制小型無人飛行器機身下方立尾上的方向舵。
[0016]進一步的優選方案，所述一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置，其特征在于:后輪輪架與起落架主體下表面之間安裝有減震墊片。
[0017]進一步的優選方案，所述一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置，其特征在于:在起落架主體上表面及側表面強度富余位置開有多個圓形減輕孔。
[0018]有益效果
[0019]本發明的有益效果為:
[0020]1、起落架主體采用由碳纖維復合材料一體成型的箱型梁結構，其抗壓、抗拉、抗扭性能更好，強度與剛度相比原設計中的內外側板結構有了大幅度的提高，特別是降落瞬間受到飛機自重帶來的沖擊載荷及在滑行過程中受到地面沖擊時不易變形，可以充分提高橫向穩定性，以及對滑行軌跡的控制能力。
[0021]2、后輪輪架與起落架主體下表面之間可根據不同的跑道路面質量選裝不同材質的減震墊片，提高飛機在不同跑道條件下的減震效果，進一步強化其對不同工作環境的適應性。
[0022]3、由于起落架主體箱型梁結構將前輪輪軸固定件、前后舵機和相關控制系統線路包圍起來，在遇到突發狀況或受到撞擊時，能夠有效的起到保護的作用，降低損失。
[0023]4、起落架主體箱型梁結構在制造時采用一體化成型技術，其結構簡單，加工方便，裝配便捷，易于維修與部件更換。
[0024]5、在減重方面，起落架主體箱型梁結構放棄了原有的硬鋁材料而改用碳纖維樹脂基復合材料，一體化成型的結構相比原設計結構強度有了一定的提升，也減少了連接件與連接螺絲的使用，同時在強度富余的部位打上多個圓形減輕孔進一步的減重，因此雖然體積相比于原先設計(如圖1所示)更大，但重量比原起落架主結構顯著降低，這對于飛行器來說是意義重大的。
[0025]本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0026]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0027]圖1:原先設計的起落架總體結構圖；
[0028]其中:1、外側板;2、內側板;3、輪叉;4、前輪輪軸;5、前輪;6、后輪;7、前輪輪軸固定件;8、前立尾連接件;9、后立尾連接件；1、前部舵機附件；11、后部舵機附件；12、前輪轉向舵機;13、舵機連桿;14、方向舵舵機;15、側板附件。
[0029]圖2:本發明起落架總體結構圖；
[0030]其中:17、起落架主體，18、后輪輪架；
[0031 ]圖3:本發明前輪輪軸和輪叉組合示意圖；
[0032]其中:16、螺釘。
[0033]圖4:本發明前輪輪軸示意圖；
[0034]圖5:本發明輪叉示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0036]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0037]本發明是針對機身下方帶有雙立尾的新型小型無人飛行器而改進設計的起落裝置，如圖2所示。對比圖1所示的原先設計，新起落架用一個選材為碳纖維樹脂基復合材料的箱型梁結構代替了原有的雙側板加內側支撐件的結構，在箱型梁結構上表面從前到后依次開五個方形孔，分別作為前輪輪軸連接件、前輪舵機、立尾前連接件、立尾后連接件、方向舵舵機的安裝位置。前輪通過輪叉輪軸與起落架相連接，用于控制轉向，后輪通過后輪輪架與起落架下表面相連接，用于承受飛機重量，起落架整體通過前后立尾連接件與立尾相連。為了進一步的減重，在起落架主體上表面及側表面強度富余位置打上了多個圓形減輕孔。起落架主體及后輪輪架采用了碳纖維復合材料，前輪輪叉和輪軸固定件采用了硬鋁材料，與前輪輪叉相連的輪軸則采用了剛性與強度適宜的45號鋼。
[0038]本實施例中用于小型無人飛行器起降裝置的改進設計，包括起落架主體17、前輪
5、后輪6、前輪轉向舵機12以及前輪輪軸輪叉組件。
[0039]所述起落架主體為由碳纖維復合材料一體成型的箱型梁結構；沿起落架前后方向，在箱型梁上表面相應位置開有五個方形孔，分別作為前輪輪軸固定件7、前輪轉向舵機12、前立尾連接件8、后立尾連接件9及方向舵舵機14的安裝位置。
[0040]前立尾連接件8和后立尾連接件9安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接，用于與小型無人飛行器機身下方立尾連接，以支承機身。
[0041]起落架主體中部下方固定安裝有后輪輪架18，后輪輪架與起落架主體下表面之間安裝有減震墊片。后輪5為主承重輪，后輪5與后輪輪架18通過后輪轉軸連接;后輪輪架為碳纖維復合材料。
[0042]前輪轉向舵機12安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接，用于控制前輪轉向。
[0043]所述前輪輪軸輪叉組件包括前輪輪軸4、前輪輪軸固定件7和輪叉3ο輪叉和前輪輪軸固定件采用硬鋁材料;前輪輪軸采用45號鋼。前輪輪軸固定件安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接。前輪轉向舵機的舵機連桿通過曲臂與前輪輪軸的端部連接，前輪轉向舵機通過舵機連桿和曲臂帶動前輪輪軸轉動。
[0044]前輪輪軸4穿過前輪輪軸固定件7與輪叉3配合;如圖3所示，前輪輪軸與輪叉配合的端部設計有圓盤，圓盤面上設計有非圓形凸臺，并在凸臺端面上開有螺紋孔;輪叉與前輪輪軸配合的連接面上開有與非圓形凸臺大小、形狀相同的通孔;前輪輪軸與輪叉配合時，非圓形凸臺插入所述通孔中，可實現前輪輪軸帶動輪叉轉動。為了防止飛行器升空或行進中輪叉與輪軸脫離，在所述螺紋孔內安裝有帶墊片的螺釘16，將前輪輪軸與輪叉緊固；輪叉通過前輪轉軸與前輪連接。
[0045]這種輪軸輪叉組件的設計方式，相比于傳統的在輪軸下端固定一個同材料的并開有個孔的圓形件，再在輪叉上加工一個法蘭，并利用四個螺栓及螺帽將輪叉與輪軸下端的圓形鋼件固定連接的設計方式，具有更好的強度和更好的工藝性，同時更為重要的是其結構簡單，傳統結構最少需要四個螺栓及螺帽才能將輪叉與輪軸固定連接，此新型結構只需一個螺栓和墊片即可實現連接，這將大大節省連接件的數量，必將減少起降輪叉組件的重量，這對飛行器來說非常重要。
[0046]方向舵舵機安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接;方向舵舵機控制小型無人飛行器機身下方立尾上的方向舵，以控制飛行器飛行中轉向。
[0047]從功能上來說，本發明起落架主體是由碳纖維樹脂基復合材料一體化制成的箱型梁的結構，其抗壓、抗拉、抗扭性能更好，強度與剛度相比原設計中的內外側板結構有了大幅度的提高，特別是降落瞬間受到飛機自重帶來的沖擊載荷及在滑行過程中受到地面沖擊時不易變形，可以充分提高橫向穩定性，和對滑行軌跡的控制能力。后輪輪架與起落架主體之間，可根據不同的跑道路面質量選裝不同材質的減震墊片，提高飛機在不同跑道條件下的減震效果，進一步強化其對不同工作環境的適應性。由于起落架主體所采用的箱型梁結構將前輪輪軸固定件、前后舵機和控制系統線路包圍起來，在遇到突發狀況或受到撞擊時，能夠有效的起到保護的作用，降低損失。起落架主體在制造時采用一體化成型技術，其結構簡單，加工方便，裝配便捷，易于維修與部件更換。在減重方面，起落架放棄了原有的硬鋁材料而改用碳纖維樹脂基復合材料，一體化成型的結構相比原設計結構強度有了一定的提升，也減少了連接件與連接螺絲的使用，同時在強度富余的部位打上多個圓形減輕孔進一步的減重，因此雖然采用體積更大的結構形式，但重量比原起落架主結構顯著降低了，這對于飛行器來說是意義重大的。
[0048] 盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權項】
1.一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置，其特征在于:包括起落架主體、前輪、后輪、前輪轉向舵機以及前輪輪軸輪叉組件； 所述起落架主體為由碳纖維復合材料一體成型的箱型梁結構;沿起落架前后方向，在箱型梁上表面相應位置開有五個方形孔，分別作為前輪輪軸固定件、前輪轉向舵機、前立尾連接件、后立尾連接件及方向舵舵機的安裝位置； 前立尾連接件和后立尾連接件安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接，用于與小型無人飛行器機身下方立尾連接； 起落架主體中部下方固定安裝有后輪輪架，后輪與后輪輪架通過后輪轉軸連接;后輪輪架為碳纖維復合材料； 前輪轉向舵機安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接； 所述前輪輪軸輪叉組件包括前輪輪軸、前輪輪軸固定件和輪叉;輪叉和前輪輪軸固定件采用硬鋁材料;前輪輪軸采用45號鋼;前輪輪軸固定件安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接;前輪轉向舵機的舵機連桿通過曲臂與前輪輪軸的端部連接，前輪轉向舵機通過舵機連桿和曲臂帶動前輪輪軸轉動； 前輪輪軸穿過前輪輪軸固定件與輪叉配合;前輪輪軸與輪叉配合的端部設計有圓盤，圓盤面上設計有非圓形凸臺，并在凸臺端面上開有螺紋孔;輪叉與前輪輪軸配合的連接面上開有與非圓形凸臺大小、形狀相同的通孔;前輪輪軸與輪叉配合時，非圓形凸臺插入所述通孔中，并在所述螺紋孔內安裝有帶墊片的螺釘，將前輪輪軸與輪叉緊固；輪叉通過前輪轉軸與前輪連接； 方向舵舵機安裝在起落架主體上表面對應的方形孔內，并與起落架主體固定連接;方向舵舵機控制小型無人飛行器機身下方立尾上的方向舵。2.根據權利要求1所述一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置，其特征在于: 后輪輪架與起落架主體下表面之間安裝有減震墊片。3.根據權利要求1所述一種改進的用于小型無人飛行器的起降裝置，其特征在于: 在起落架主體上表面及側表面強度富余位置開有多個圓形減輕孔。
【文檔編號】B64C25/06GK105836110SQ201610219514
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】劉紅軍, 沈冰, 周洲, 王正平, 許鴻杰, 丁友 , 董鑫, 周棟
【申請人】西北工業大學