起落架缓冲机构及起落架的制作方法

本发明属于飞行器着陆装置技术领域，尤其涉及一种起落架缓冲机构及起落架。

背景技术：

板簧式起落架结构简单，可靠性高，造价低廉，维护简单，一直受到小型飞机及小型无人机的青睐，随着小型飞机和无人机的飞速发展，对于通用飞机，要求较小的着陆过载而尽量避免乘客产生不适感觉。而在无人机领域，往往其上安装了各种精密仪器设备，过高的冲击载荷将造成不良影响甚至损毁仪器设备。因此，为了满足飞机经济性、舒适性、低冲击性要求，起落架着陆过程往往要求具备大下沉速度和小冲击过载特点。

通常，飞机在同样下沉速度情况下，飞机过载大小主要通过起落架变形量的大小调节，同样下沉速度越小过载需要更大的变形量来保证，而板簧式起落架主要通过板簧结构变形来调节，然而板簧相对于常规油气缓冲器而言，其所承受载荷与其变形量相互影响，很难兼顾大的下沉速度及小过载要求。

此外，在无人机设计中，起落架的轮载反馈信号对实现无人机地空转换和主机轮精确刹车具有十分重要的意义。而板簧式起落架由于结构变形小，轮载开关传感器无法直接安装在板簧上，起落架地空状态信息需要通过其他方式监测，监测到的轮载信号为间接体现起落架的接地状况，使得轮载信号不够精确。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种满足大下沉速度、小过载的飞行器的着陆要求的起落架缓冲机构，还相应提供具有该缓冲机构的起落架。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种起落架缓冲机构，具有板簧，所述板簧的一端向下折弯形成用于连接起落架机轮的折臂，所述板簧的中部与飞行器的机身可于第一铰接点铰接，所述板簧的另一端设有缓冲器，所述缓冲器包括外筒及活塞杆，所述外筒设于板簧的下端，所述活塞杆具有活塞的一端穿过所述板簧后伸入外筒中，所述活塞杆的另一端与飞行器的机身可于第二铰接点铰接；所述活塞将外筒的内腔分为上密封腔和下密封腔，所述活塞上开设有沿轴向方向贯通的阻尼孔，所述外筒的内腔中充有液体。

本发明的原理为：上述缓冲机构相当于一套平面摆杆滑块摇臂机构，板簧相当于摆杆，缓冲器的外筒相当于滑块，活塞杆相当于摇臂。摆杆绕第一铰接点转动，带动滑块相对摇臂滑动及转动，最后驱动摇臂第二铰接点小幅度转动。

在飞行器着陆过程中，折臂上固连的轮胎先接触地面发生变形，然后板簧发生结构变形并绕第一铰接点转动，一方面板簧受力发生弹性变形消耗飞机着陆动能，另一方面板簧带动缓冲器外筒相对活塞杆向下滑动，且飞行器着陆时的巨大冲击使缓冲器上密封腔中的油液快速通过阻尼孔进入下密封腔，摩擦生热耗散能量。在轮胎、板簧和缓冲器三者共同作用下，吸收飞行器着陆撞击能量。从而保证飞行器具备较高的缓冲效率，降低过载系数，满足大下沉速度、小过载的飞行器的着陆要求。

作为上述技术方案的进一步改进：

为避免由于活塞杆和外筒的转角不一致导致卡死，所述外筒与板簧通过球面副连接。

在该平面机构中，活动构件数量为3件，转动低副数量为3（o1、o2、o3，其中，o3点可以认为是板簧和外筒的连接点），移动低副数量为1（缓冲器外筒与活塞杆之间相对滑动），高副数量为0，通过计算得到机构自由度数量为1，机构可以正常运动。

在初始方案中，将缓冲器外筒固定在板簧上。当飞机着陆时，板簧绕o1点顺时针转动，铰点o1右侧的板簧结构具备一定柔性，等价于“绕虚拟铰点o3点”转动。但在验证过程中发现，缓冲器外筒与板簧直接固定会导致它们之间的摩擦力较大，这加剧了两者之间的磨损。

在实际使用过程中，一方面起落架不仅承受垂向载荷，还要承受航向载荷；另一方面由于起落架零部件制造配合间隙的存在。因此，各铰点除了在飞机垂向平面内转动，在飞机航向平面内也有微小转动。基于以上所述，对原方案进行改进，通过球面副万向连接结构连接板簧和缓冲器外筒，以避免活塞杆和外筒的卡死。

所述外筒的上端设有外筒端盖，所述板簧上固定有第一连接件和第二连接件，所述第一连接件的下端端面向下凸起形成具有弧面外轮廓的第一定位部，所述外筒端盖的上端端面向下凹陷形成与第一定位部配合的第二定位部，所述第一定位部伸入所述第二定位部中并与第二定位部配合；所述外筒端盖上端部的外圆周上沿周向开设有环槽，所述第二连接件卡设于所述环槽中。

板簧被机身（弹簧）拉紧时，固定在板簧上的第二连接件使缓冲器外筒处于上密封腔体积最大，下密封腔体积为零的极限位置；当板簧向下运动时，固定在板簧上的第二连接件推动缓冲器外筒向下运动，缓冲器内部上密封腔中的油液通过阻尼孔流到缓冲器下密封腔。当板簧向上复位时，嵌入缓冲器端盖环槽的第二连接件带动缓冲器外筒向上运动，使缓冲器内部下腔中的油液回流至上腔。

所述第二连接件的中心开设有与所述环槽配合的第一通孔，所述第二连接件的外缘开设有用于与板簧连接的连接孔。

所述第二连接件与所述环槽间隙配合，也即所述第一通孔的孔壁与环槽的底部具有间隙，所述第一通孔的上下表面与环槽的槽壁也具有间隙，以使外筒相对板簧有一定的转动幅度。

优选的，所述第二连接件由两个半卡环配合形成，所述第一连接件为耐磨块。

所述板簧上开设有与所述活塞杆配合的第二通孔，所述第一连接件上开设有与活塞杆配合的第三通孔，所述外筒端盖上开设有与活塞杆配合的第四通孔。所述活塞杆依次穿过第二通孔、第三通孔和第四通孔后伸入外筒。

上述缓冲机构还包括处于拉伸状态的弹簧，所述弹簧的一端固定于板簧的中部，所述弹簧的另一端与飞行器的机身固定。

在空中，处于拉伸状态的弹簧可以防止起落架随机身振动而摆动，并确保缓冲器活塞杆和外筒相对静止，同时维持轮载开关传感器与板簧接触。

上述缓冲机构还包括固定于飞行器机身上的轮载开关，所述轮载开关与板簧之间具有断开状态和接通状态，所述板簧绕第一铰接点点转动而切换所述断开状态和接通状态。

本发明巧妙地利用飞行器起落架轮胎着落时带动板簧转动，从而实现轮载开关传感器与板簧脱开与接触，并将“飞行器着陆”或“起飞”信号传递给飞控系统。解决了板簧式起落架由于结构变形小无法直接安装轮载开关，且通过其他间接方式监测导致轮载信号不够精准的问题。

上述缓冲机构还包括与上密封腔连通的液体补偿缸，所述上密封腔和液体补偿缸之间设有单向阀，所述单向阀用于阻止液体从外筒的内腔流入液体补偿缸。

安装在缓冲器上的补偿器其内部的单向阀结构可以保证油液体积随温度热胀冷缩缓慢变化时，油液在补偿器与缓冲器内部自由流动。当缓冲器被剧烈压缩时，补偿器中的单向阀瞬间关闭，确保缓冲器缓冲效率。

为保证缓冲器工作时上、下密封腔的横截面一致，所述活塞杆贯穿所述外筒并与外筒密封连接。

所述活塞杆通过关节轴承与飞行器的机身铰接。

所述板簧上设有连接座，所述板簧通过连接座与飞行器的机身铰接。

所述液体为油液。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种起落架，包括上述的起落架缓冲机构及起落架机轮，所述起落架机轮与折臂固连。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种飞行器，包括机身，包括上述的飞行器起落架，所述板簧的中部与机身于第一铰接点铰接，所述活塞杆与机身于第二铰接点铰接。

所述飞行器为小型飞机或无人机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明提出了一种新型起落架缓冲机构，在飞行器着陆过程中，主要通过板簧结构变形、绕机体转动的全油液缓冲器阻尼行程以及轮胎变形吸收飞机下沉速度产生的能量，使其着陆过载控制在一定的范围内。集成的全液式缓冲器增加了板簧起落架总变形量，提升了板簧起落架的缓冲效率，有效降低了飞机过载，有助于提高小型飞机乘客乘坐舒适度，降低无人机上的精密设备所受到的冲击和振动。

2、本发明巧妙地利用板簧转动，从而实现轮载开关传感器与板簧脱开和接触以监测飞机起降状态，解决了板簧式起落架由于结构变形小无法直接安装轮载开关，且通过其他间接方式监测导致轮载信号不够精准的问题，实现了对小型飞机和无人机地空转换的精确控制。

附图说明

图1为本发明实施例的飞行器起落架的结构示意图。

图2为本发明实施例的飞行器起落架的结构原理示意图。

图3为本发明实施例的飞行器起落架着陆时的状态示意图。

图4为本发明实施例的飞行器起落架起飞时的状态示意图。

图5为本发明中板簧与外筒的连接示意图（起落架着陆状态）。

图6为本发明中板簧与外筒的连接示意图（起落架起飞状态）。

图7为本发明中的外筒端盖的结构示意图。

图8为本发明中的第一连接件的结构示意图。

图9为本发明中的第二连接件的结构示意图。

图例说明：1、板簧；11、折臂；12、第二通孔；2、起落架机轮；3、缓冲器；31、外筒；311、上密封腔；312、下密封腔；32、活塞杆；321、活塞；3211、阻尼孔；33、外筒端盖；331、第二定位部；332、环槽；333、第四通孔；34、第一连接件；341、第一定位部；342、第三通孔；35、第二连接件；351、第一通孔；352、连接孔；4、弹簧；5、轮载开关；6、液体补偿缸；7、单向阀；8、关节轴承；9、连接座。

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。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例的起落架，具有板簧1、起落架机轮2、弹簧4、轮载开关5、液体补偿缸6和单向阀7。

板簧1的一端向下折弯形成连接起落架机轮2的折臂11，板簧1的中部固定有连接座9，板簧1通过连接座9与飞行器的机身于第一铰接点o1铰接。板簧1的另一端设有缓冲器3，缓冲器3包括外筒31及活塞杆32，外筒31设于板簧1的下端并与板簧1于第三铰接点o3铰接。活塞杆32具有活塞321的一端穿过板簧1后伸入外筒31中，活塞杆32贯穿外筒31并与外筒31密封连接；活塞杆32的另一端通过关节轴承8与飞行器的机身于第二铰接点o2铰接；活塞321将外筒31的内腔分为上密封腔311和下密封腔312，活塞321上开设有沿轴向方向贯通的阻尼孔3211，外筒31的内腔中充有油液。

弹簧4的一端固定于板簧1的中部，弹簧4的另一端与飞行器的机身固定。

轮载开关5与板簧1之间具有断开状态和接通状态，板簧1绕第一铰接点o1点转动而切换断开状态和接通状态。

液体补偿缸6与上密封腔311连通，单向阀7设于上密封腔311和液体补偿缸6之间的连接管道上，单向阀7用于阻止液体从外筒31的内腔流入液体补偿缸6。

其中，飞行器为小型飞机或无人机。

所述板簧式起落架的工作原理如下：

在飞行器着陆前，飞控系统检查轮载开关5传感器位置信息确认起落架是否满足着陆要求。

如图3所示，在飞行器着陆过程中一定角度，轮胎先接触地面发生变形，飞行器在地面滑跑，然后板簧1发生结构变形并绕铰点o1转动，轮载开关传感器与板簧脱开，并将“飞行器着陆”信号传递给飞控系统，同时，拉伸弹簧进一步被拉伸，缓冲器被压缩。此过程中，轮胎通过自身结构变形和压缩其内部气体将飞行器着陆的动能转化为热量耗散，板簧1受力发生弹性变形消耗飞机着陆动能，板簧转动从而带动缓冲器外筒31相对活塞杆32向下运动，加之飞行器着陆时的巨大冲击使缓冲器上密封腔311中的油液快速通过阻尼孔3211进入下密封腔312中，摩擦生热耗散能量。在轮胎、板簧和缓冲器三者共同作用下，吸收飞机着陆撞击能量。

如图4所示，飞行器起飞后，轮胎脱离地面，在起落架自重和拉伸弹簧4的共同作用下，带动板簧1绕o1逆时针点转动，轮载开关5传感器的接触头与板簧1上表面接触，并向飞机控制系统发出一个信号，告知飞行器已处于起飞状态，同时，缓冲器下密封腔312中的油液沿阻尼孔3211流入上密封腔311，恢复到初始状态。在空中，拉伸弹簧4仍然处于拉伸状态，防止起落架随机身振动而摆动，确保飞行器在着陆时缓冲器3处于初始行程未压缩状态，同时维持轮载开关5传感器与板簧1的接触状态。

双冗余拉伸弹簧设计让板簧在空中复位并防止起落架随机体一起振动，也让全油液式缓冲器在空中处于未被压缩状态，最后保证轮载开关传感器正常工作。

安装在缓冲器3上的液体补偿缸6其内部的单向阀7结构可以保证油液体积随温度热胀冷缩缓慢变化时，油液在液体补偿缸6与缓冲器3内部自由流动。当缓冲器3被剧烈压缩时，液体补偿缸6中的单向阀7瞬间关闭，确保缓冲器3的缓冲效率。

其中，如图5和图6所示，本实施例中，外筒31与板簧1通过球面副连接。

外筒31的上端设有外筒端盖33，板簧1上固定有第一连接件34和第二连接件35。

如图7～9所示，第一连接件34的下端端面向下凸起形成具有弧面外轮廓的第一定位部341，外筒端盖33的上端端面向下凹陷形成与第一定位部341配合的第二定位部331，第一定位部341伸入第二定位部331中并与第二定位部331配合。

外筒端盖33上端部的外圆周上沿周向开设有环槽332，第二连接件35的中心开设有与环槽332配合的第一通孔351，第二连接件35卡设于环槽332中；第二连接件35与环槽332间隙配合，也即第一通孔351的孔壁与环槽332的底部具有间隙，第一通孔351的上下表面与环槽332的槽壁也具有间隙，以使外筒31相对板簧1有一定的转动幅度。

本实施例中，如图9所示，第二连接件35由两个半卡环配合形成，第一连接件34为耐磨块，耐磨块通过盈配合安装在板簧1上。半卡环的外缘开设有用于与板簧1连接的连接孔352，第二连接件35通过紧固件与板簧1连接。

板簧1上开设有与活塞杆32配合的第二通孔12，第一连接件34上开设有与活塞杆32配合的第三通孔342，外筒端盖33上开设有与活塞杆配合32的第四通孔333；活塞杆32依次穿过第二通孔12、第三通孔342和第四通孔333后伸入外筒31。

在该平面机构中，活动构件数量为3件，转动低副数量为3（o1、o2、o3，其中，o3点为板簧和外筒的连接点），移动低副数量为1（缓冲器外筒与活塞杆之间相对滑动），高副数量为0，通过计算得到机构自由度数量为1，机构可以正常运动。

在初始方案中，将缓冲器外筒固定在板簧上。当飞机着陆时，板簧绕o1点顺时针转动，铰点o1右侧的板簧结构具备一定柔性，等价于“绕虚拟铰点o3点”转动。但在验证过程中发现，缓冲器外筒与板簧直接固定会导致它们之间的摩擦力较大，这加剧了两者之间的磨损。

在实际使用过程中，一方面起落架不仅承受垂向载荷，还要承受航向载荷；另一方面由于起落架零部件制造配合间隙的存在。因此，各铰点除了在飞机垂向平面内转动，在飞机航向平面内也有微小转动。基于以上所述，对原方案进行改进，通过球面副万向连接结构连接板簧和缓冲器外筒。

耐磨块通过盈配合安装在板簧上；板簧和耐磨块上面有圆孔，关节轴承与活塞杆螺纹连接，穿过板簧与耐磨块；

耐磨块一侧为球面，缓冲器外筒端盖上部为球面，两者之间为球面副配合，在该平面机构中能够相对自由转动；

通过螺钉将两件半卡环固定在板簧上，半卡环嵌入缓冲器端盖环槽中。

如图5所示，当板簧未被压缩处于自由状态时，拉伸弹簧向上拉紧板簧，固定在板簧上的半卡环使缓冲器外筒处于上腔体积最大，下腔体积为零的极限位置；如图6所示，当板簧与外筒连接的一端向下运动时，固定在板簧上的耐磨块推动缓冲器外筒向下运动，缓冲器内部上腔中的油液通过阻尼孔流到缓冲器下腔。当板簧向上复位时，嵌入缓冲器端盖环槽的半卡环带动缓冲器外筒向上运动，使缓冲器内部下腔中的油液回流至上腔。

本发明保证飞行器具备较高的缓冲效率，降低过载系数，满足大下沉速度、小过载的飞行器的着陆要求。而板簧结构的小幅度摆动便于安装轮载开关传感器，从而精确监控飞机起降状态。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。