超导外转子电机拖动的机场助力起降装置的制作方法

本发明属于航空工程技术领域，具体涉及超导外转子电机拖动的机场助力起降装置。

背景技术：

目前，国内外民用飞机起飞与降落都采用飞机机场跑道，目前的机场跑道主要存在以下缺点：1、飞机采用发动机的动力直接起飞，所需的起飞距离长，燃油消耗量大，带来周边环境污染；2、飞机降落时，所需的降落距离长，飞机动能无法回收，带来能源浪费。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种应用超导外转子电机拖动的机场助力起降装置，减少了飞机起降过程中的燃油消耗，减少了机场附近的环境污染。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：超导外转子电机拖动的机场助力起降装置，包括对称布置在机场跑道两侧的定滑轮组件、对称布置在机场跑道两侧的卷筒组件，对称的结构布置，受力平衡，承载能力强。

卷筒组件包括从内至外依次布置且同步转动的超导外转子电机、内缸筒和卷筒，内缸筒与卷筒之间留有环形间隙，内缸筒与卷筒的一侧通过第一环形端盖密封，内缸筒与卷筒的另一侧通过第二环形端盖密封，内缸筒与卷筒之间形成环形空腔，第二环形端盖上装有与环形空腔相连通的真空单向阀。通过真空单向阀抽取环形空腔内的空气，真空环境的环形空腔具有良好的真空隔热效果。

内缸筒与卷筒之间通过空间支架支撑，空间支架既不会影响真空隔热效果，又保证了卷筒与内缸筒之间的支撑强度，防止卷筒受大气压力和横拉索的力作用而变形内陷，既能保证整个助力起降装置的安全运行，又能延长整个助力起降装置的使用寿命。

卷筒的外侧固定有两个环形凸沿，卷筒的外侧布置有两个盘式制动器，每个环形凸沿均置于对应的盘式制动器内，双侧盘式制动器的结构布置，刹车过程中的摩擦阻力大，实现快速刹车，卷筒、空间支架、内缸筒和超导外转子电机的受力均匀，相对于单侧布置制动器的结构，运行更加稳定，刹车过程中的磨损量更小，使用寿命更长。

定滑轮组件由两个定滑轮组成，两个定滑轮并列布置。

本助力起降装置还包括横拉索，横拉索的一端固定在一侧的卷筒上，横拉索的另一端依次绕过同侧的定滑轮组件、对立侧的定滑轮组件后固定在对立侧的卷筒，在横拉索拉直状态下，横拉索跨过机场跑道的部分垂直于机场跑道布置。

卷筒上装有固定压块，固定压块置于两个环形凸沿之间，固定压块靠近一侧的环形凸沿布置。卷筒上布置有助于横拉索卷绕的螺旋槽，横拉索的端头压在卷筒上并通过固定压块压紧定位，这种固定方法简单可靠，便于检查。

其中，作为优选的，同一定滑轮组件上的两个定滑轮轴心连线垂直于机场跑道布置，这种结构布置可适应飞机的双向起降。

空间支架为3d打印空间支架，实现了卷筒与内缸筒之间的空间桁架支撑结构，既保证了真空隔热，又有合理的支撑作用。

定滑轮组件上横拉索的缠绕方式为：横拉索依次绕过置于外侧滑轮的外侧面、外侧滑轮与内侧滑轮的环形间隙、内侧滑轮，横拉索呈s型缠绕在定滑轮组件上，满足双向起降的目的。

其中，第一环形端盖通过多个螺钉定位在内缸筒、卷筒的外侧，第二环形端盖通过多个螺钉定位在内缸筒、卷筒的外侧；同样，其他可实现同样密封功能的连接方式也同样适用于本装置。

内缸筒通过键连接套装在超导外转子电机的外圆周上，保证超导外转子电机与内缸筒的同步转动。

其中，外转子电机目前已为常用电机，超导电机在国内外已做了大量研究，目前，已有一些超导电机的成熟技术公开，例如：专利号为200820158527.7、专利名称为一种超导电机的专利中公开了超导电机的结构；专利号2010102735678、专利名称为一种高温超导电机公开了超导电机的结构。因此，这里就不再赘述。

本发明相对于现有技术，具体有益效果体现在：

一、本发明运用超导外转子电机拖动，通过双超导外转子电机牵引横拉索；起飞时双超导外转子电机同步旋转，协助提供飞机初始速度，增加飞机起飞稳定性，缩短飞机滑行距离；降低机场跑道长度；通过电力拖动，减少燃油消耗，减少机场附近环境污染。

二、飞机降落时，飞机通过横拉索，横拉索变为拦阻索，飞机降落通过横拉索倒拉双超导外转子电机旋转发电，回收飞机动能转化为电能，更加环保。

三、由于卷筒组件采用第一、第二环形端盖通过第一、第二螺钉组与内缸筒和外缸体的两侧端面连接，其间形成环形空腔内，环形空腔内安装有3d打印空间支架；通过真空单向阀抽取空气实现环形空腔内的阻热真空环境，可解决超导外转子电机与横拉索卷筒之间的温度场差异，利于超导技术的工业化应用。

四、空间支架采用3d打印技术实现空间桁架支撑结构，既保证了环形空腔的真空隔热效果，又保证了卷筒与内缸筒之间的合理支撑作用，防止卷筒受大气压力和横拉索作用力而变形内陷。

附图说明

图1为本发明俯视状态下的结构示意图。

图2为图1中卷筒组件的轴向剖视图。

图3为飞机正向起飞时的工作状态图，也为实施例一的工作状态图。

图4为飞机正向降落时的工作状态图，也为实施例二的工作状态图。

图5为飞机反向起飞时的工作状态图，也为实施例三的工作状态图。

图6为飞机反向降落时的工作状态图，也为实施例四的工作状态图。

图7为实施例五中两组横拉索的实施方案图。

图中，1为真空单向阀，2为固定压块，3为卷筒，4为第一环形端盖，4'为第二环形端盖，5为内缸筒，6为外转子电机，7为空间支架，8为环形空腔，9为第一螺钉组，9'为第二螺钉组，10为盘式制动器，ⅰ为机场跑道，ⅱ为飞机，ⅲ为定滑轮组件，ⅳ为横拉索，ⅴ为卷筒组件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，一种超导外转子电机6拖动的机场助力起降装置，包括横拉索ⅳ、机场跑道ⅰ、对称布置在机场跑道ⅰ两侧的定滑轮组件ⅲ、对称布置在机场跑道ⅰ两侧的卷筒组件ⅴ。

如图2所示，卷筒组件ⅴ包括超导外转子电机6、固定压块2、卷筒3、第一环形端盖4、第二环形端盖4'、内缸筒5、空间支架7、真空单向阀1和盘式制动器10。超导外转子电机6的外圆周上通过键连接有内缸筒5，卷筒3同心布置在内缸筒5的外侧，第一环形端盖4通过第一螺钉组9连接在卷筒3与内缸筒5的一侧，第二环形端盖4'通过第二螺钉组9'连接在卷筒3与内缸筒5的另一侧，这样，卷筒3与内缸筒5之间形成环形空腔8，空间支架7支撑在环形空腔8内，空间支架7为3d打印机打印出来的空间桁架结构。真空单向阀1安装在第二环形端盖4'上并与环形空腔8连通。

卷筒3上固定有两个环形凸沿，盘式制动器10置于对应环形凸沿的外侧并固定于地面上，刹车时，盘式制动器10内的刹车盘摩擦环形凸沿实现制动。

横拉索ⅳ，横拉索ⅳ的一端固定在一侧的卷筒3上，横拉索ⅳ的另一端依次绕过同侧的定滑轮组件ⅲ、对立侧的定滑轮组件ⅲ后固定在对立侧的卷筒3。

穿过定滑轮组件ⅲ上的横拉索ⅳ呈s型布置。

如图3所示，当飞机ⅱ正向起飞时，由拖曳车牵引横拉索ⅳ，横拉索ⅳ挂入飞机ⅱ前端的脱钩机构，飞机ⅱ的发动机和两侧的超导外转子电机6协同启动，实现飞机ⅱ助力起飞。将脱钩机构置于飞机ⅱ的前端，保证飞机ⅱ起飞过程的稳定运行。

实施例二

如图4所示，当飞机ⅱ正向降落时，飞机ⅱ尾端的挂锁机构挂住横在机场跑道ⅰ上的横拉索ⅳ，横拉索ⅳ变为拦阻索，在横拉索ⅳ的作用下，飞机ⅱ尾端下沉并转变为水平飞行，飞机ⅱ带动横拉索ⅳ并拖动两侧超导外转子电机6旋转发电，回收飞机ⅱ动能并转化为电能，清洁环保。

实施例三

由于飞机ⅱ往往根据风向双向起降，当飞机ⅱ反向起飞时，采用如图5所示的拖曳方式。

实施例四

当飞机ⅱ反向降落时，采用如图6所示的拖曳方式。

实施例五

由于飞机ⅱ降落时，横拉索ⅳ可实现冗余设计，如图7所示，在机场跑道ⅰ上增加了一组横拉索ⅳ，另外，可根据实际需要，设置多组横拉索ⅳ。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。