一种可替代飞机起落架的地面接送机器车

1.本实用新型涉及飞机起飞着陆装置设计、机器控制及计算机视觉感知领域，具体为一种可替代飞机起落架的地面接送机器车。


背景技术：

2.飞机起落架作为飞机与地面接触的唯一部件，承担着飞机地面停放、滑行、起飞和着陆等重要功能。起落架只在飞机与地面接触阶段发挥作用，当飞机离开地面进入巡航阶段需要将起落架收回起落架舱，该阶段起落架起不到任何作用，反而会给飞机带来额外的负重。起落架作为飞机必不可少的重要子系统，是确保飞机正常运行的关键部件，但是其也会为飞机带来一些负面问题。
3.按照重量均分，起落架自重会为飞机带来3～6％的油耗，同时也会带来3～6％的污染气体排放。如果能省去这一部分的油耗，会为航空公司节省一笔很大的开销。以中国南方航空公司为例，据2017年统计，南方航空全年的油料成本为319亿，占其总成本的28.56％。粗略计算，其中由起落架自重带来的油耗成本约为9.57～19.54亿。起落架也需要定期的维护，带来的开支同样不可忽视。
4.安全性也是衡量起落架系统的重要指标之一。据统计，有30％的飞机失事是由起落架故障引起的。针对起落架收放系统、刹车系统和转弯系统等都会进行余度设计，在飞机综合控制系统中会占据相当一部分资源。起落架由于其奇异性的外形，在飞机起飞着陆阶段，也会带来很大的气动噪声。
5.综上所述，现阶段，起落架作为飞机自带子系统之一被集成在飞机机身上，除了维持飞机正常航行之外，也会为飞机本身带来经济性、环保性和安全性等负面问题。如何研制出更加安全可靠、轻巧便捷、降声减噪的起落架是当下起落架设计研制的主要研究方向。


技术实现要素：

6.为了实现飞机地面停放、滑行、起飞和着陆等功能，同时解决传统起落架带来的耗能、定期维护费用损耗等负面问题，本实用新型提出了一种可替代飞机起落架的地面接送机器车。
7.所述的地面接送机器车包括：车体、升降板、拦截钩、升降压缩弹簧、升降驱动电机、升降板卡具、传感器、缓冲器、底盘和车轮。
8.地面接送机器车的车体上表面为椭圆凹面，与目标飞机机身底部贴合；椭圆凹面上设有四个升降机构凹槽和一个传感器凹槽；
9.四个升降机构凹槽分为两组，分别对称设置在凹面前后两端；每个升降机构凹槽内各配有一个升降板，升降板上固定安装有一对拦截钩；每个升降板底部固定一对升降压缩弹簧，并将其安装在升降机构凹槽中；同时，在每个升降机构凹槽底部还固定有一对升降驱动电机，用于驱动与升降板连接的柔性部件；升降驱动电机通过回收柔性部件将升降板拉回到升降机构凹槽底部；通过升降压缩弹簧的弹性实现升降板的上升。
10.升降机构凹槽一侧还开有卡具卡槽，用于安装一对卡具导轨，升降板卡具的两端分别卡在卡具导轨上，沿着卡具导轨平移到升降板上将其卡住，进而限制升降板的上下运动。
11.传感器凹槽位于前端升降机构凹槽之后，凹槽内中心位置配有一个超声波距离传感器，超声波距离传感器两侧各对称设置有一个雷达视觉传感器；
12.车体的椭圆凹面底部通过四个缓冲器与底盘固定，每个缓冲器都包括缓冲器支柱和与其活动连接的缓冲器活塞杆；缓冲器支柱连接椭圆凹面底部，缓冲器活塞杆连接底盘；底盘前后固定轮轴和车轮。
13.本实用新型与现有技术相比，具有以下优势：
14.(1)本实用新型一种可替代飞机起落架的地面接送机器车，为航空公司节省燃油消耗，节省成本开支；利用机器车接送飞机后不再需要在飞机上装配起落架，省去了相当一部分重量；节省下来的重量还可以使飞机增加载重量，间接地为航空公司增加收益。
15.(2)本实用新型一种可替代飞机起落架的地面接送机器车，减少污染性气体排放；传统的飞机地面滑跑方式为利用飞机主发动机进行驱动，飞机主发动机燃烧燃油，会排放诸如co、nox、hc等污染性气体，危害环境；并且当飞机在滑行道上低速滑行时，排放的污染性气体更多，本地面接送机器车可使用清洁能源，减少燃油的消耗，降低污染性气体排放。
附图说明
16.图1是本实用新型地面接送机器车升降板处于放下状态的轴视图；
17.图2是本实用新型地面接送机器车的爆炸轴视图；
18.图3是本实用新型地面接送机器车的爆炸正视图；
19.图4是本实用新型地面接送机器车的爆炸右视图；
20.图5是本实用新型地面接送机器车升降板处于放下状态的正视图；
21.图6是本实用新型地面接送机器车升降板处于放下状态的右视图；
22.图7是本实用新型地面接送机器车升降板处于放下状态的俯视图；
23.图8是本实用新型地面接送机器车升降板处于放下状态的底部图；
24.图9是本实用新型地面接送机器车升降板处于升起状态的立体图。
25.图中：
[0026]1‑
车体；2
‑
升降板；3
‑
拦截钩；4
‑
升降板卡具；5
‑
第一超声波距离传感器；6
‑
第一雷达视觉传感器；7
‑
第二雷达视觉传感器；8
‑
第二超声波距离传感器；9
‑
第三雷达视觉传感器；10
‑
车轮；11
‑
缓冲器支柱；12
‑
缓冲器活塞杆；13
‑
底盘；14
‑
轮轴；15
‑
卡具导轨；16
‑
升降压缩弹簧；17
‑
刹车装置；18
‑
车舱；19
‑
卡具卡槽；20
‑
升降驱动电机。
具体实施方式
[0027]
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步的详细和深入描述。
[0028]
本实用新型一种可替代飞机起落架的地面接送机器车，如图1和图2所示，包括：车体1、升降板2、拦截钩3、升降板卡具4、第一超声波距离传感器5、第一雷达视觉传感器6、第二雷达视觉传感器7、第二超声波距离传感器8、第三雷达视觉传感器9、车轮10、缓冲器支柱
11、缓冲器活塞杆12、底盘13、轮轴14、卡具导轨15、升降压缩弹簧16、刹车装置17、车舱18、卡具卡槽19和升降驱动电机20。
[0029]
其中缓冲器支柱11和缓冲器活塞杆12构成缓冲器。
[0030]
地面接送机器车的车体1整体为前后对称设计的长方体，其上表面为椭圆凹面，可以与目标飞机机身底部贴合，椭圆凹面设计成前高后低，可以为飞机提供一定的起飞仰角。
[0031]
车体1的椭圆凹面上设有五个凹槽，分别为四个大的升降机构凹槽和一个小的传感器凹槽。每个升降机构凹槽沿凹面长度方向对称，四个升降机构凹槽分为两组，分别在椭圆凹面前后两端各设置一组；每个升降机构凹槽内各配有一个升降板2，升降板2与升降机构凹槽底部大小相同，升降板2上固定安装有一对拦截钩3。
[0032]
进一步，拦截钩3为半圆形缺口的拱形体，缺口朝上，底面固定在升降板2上；通过该缺口与目标飞机的被捕获装置卡合连接，实现固定。
[0033]
如图2所示，每个升降板2底部都固定一对升降压缩弹簧16，并将其安装在升降机构凹槽中；同时，升降机构凹槽底部还固定有一对升降驱动电机20，用于驱动与升降板2连接的柔性部件。
[0034]
具体为：每个升降驱动电机20分别连接一个柔性部件，每个柔性部件的一端都连接在升降板2底部的开孔上，另一端固定在升降驱动电机20的转轴上，所有的升降驱动电机20同时工作，同步将柔性部件进行回收，从而带动升降板2同时下降，回收到升降机凹槽内；同时，利用升降压缩弹簧16实现升降板2的上升。
[0035]
柔性部件可以是绳索、钢丝或锁链；
[0036]
升降机构凹槽一侧还开有卡具卡槽19，其中安装有一对卡具导轨15，升降板卡具4的两端分别卡在卡具导轨15上，当升降板2下降到升降机凹槽内时，升降板卡具4沿着卡具导轨15伸出到升降板2上将其卡住，进而限制升降板2的上下运动。
[0037]
传感器凹槽位于前端升降机构凹槽之后，传感器凹槽内中心位置配置有一个第一超声波距离传感器5和与其左右对称的两个第一雷达视觉传感器6，第一超声波距离传感器5和第一雷达视觉传感器6分别用于检测目标飞机相对于椭圆凹面的高度和与拦截钩3对应的被捕获装置位置。车体1前后两端分别配有两个第二雷达视觉传感器7和一个第二超声波距离传感器8，用于检测捕获目标飞机位置。车体1左右也分别各配有两个第三雷达视觉传感器9，用于检测车体1周围路况信息。
[0038]
如图3所示，车体1的椭圆凹面底部与底盘13之间通过四个对称放置的缓冲器固定，四个缓冲器两两一组，平均分布在车体的四个车轮10上方；每个缓冲器包括缓冲器支柱11和与其活动连接的缓冲器活塞杆12，缓冲器承担主要的减震缓冲作用，缓冲器支柱11连接椭圆凹面底部，缓冲器活塞杆12连接底盘13。底盘13前后固定两个轮轴14，每个轮轴分别连接两个车轮10；底盘13依靠前后固定的两个轮轴14与四个车轮10装配在一起。车轮10也会承担一部分的减震缓冲作用，同时其内侧也配有刹车装置17，为机器车提供刹车功能。
[0039]
在底盘13内封装集成动力装置，驱动地面接送机器车的滑行转弯以及刹车。
[0040]
如图4所示，车体1的椭圆凹面底部配有车舱18，车舱18内封装集成控制装置，控制打开各传感器进行检测，驱动升降驱动电机20以及升降板卡具4的伸缩。
[0041]
如图5～9所示，当目标飞机着陆时，地面接送机器车工作过程如下：
[0042]
首先，当机场塔台接收到目标飞机预着陆信息，塔台发送指令启动集成动力装置，
驱动地面接送机器车开始运动；
[0043]
集成控制装置首先开启第三雷达视觉传感器，不断检测路况和周围环境信息，并将检测信息实时反馈给集成控制装置，由集成控制装置控制地面接送机器车，按照预定的轨迹路线行驶至指定机场跑道位置，等候目标飞机着陆；
[0044]
目标飞机到达预定位置后，集成控制装置开启第二雷达视觉传感器和第二超声波距离传感器，不断检测目标飞机；直至接收到反馈信息后，发送指令到集成动力装置，控制地面接送机器车进行自身位姿调整。
[0045]
当目标飞机下降到指定高度，地面接送机器车以与目标飞机相同的速度开始滑跑，并不断微调位姿；同时，集成控制装置启动第一超声波距离传感器、第一雷达视觉传感器，实时检测目标飞机相对于车体椭圆凹面的高度及与拦截钩对应的被捕获装置的位置。
[0046]
当目标飞机高度下降至拦截钩可捕获高度，且地面接送机器车检测到了目标飞机上的被捕获装置，集成控制装置控制四个升降板卡具水平缩回；四个升降板在升降压缩弹簧弹力作用下，同时从升降机构凹槽快速升起，带动拦截钩卡合目标飞机底部的被捕获装置，完成捕获，地面接送机器车关闭集成动力装置，承载目标飞机滑行至指定位置即成功实现飞机着陆。
[0047]
当目标飞机起飞时，地面接送机器车工作过程如下：
[0048]
首先，机场塔台发送目标飞机起飞指令，并通过集成动力装置驱动承载目标飞机的地面接送机器车运动；
[0049]
集成控制装置首先开启第三雷达视觉传感器，不断检测路况和周围环境信息，并将检测信息实时反馈给集成控制装置，由集成控制装置控制地面接送机器车承载目标飞机，按照预定的轨迹路线行驶至指定机场跑道起点，等候目标飞机滑跑起飞；
[0050]
目标飞机到达预定位置后，启动主发动机开始加速滑跑，当滑跑速度即将达到起飞速度时，集成控制装置控制升降驱动电机工作，通过柔性部件拉动升降板下降，带动拦截钩与目标飞机的被捕获装置分离，并隐藏进升降机构凹槽中，目标飞机拉伸起飞；同时集成控制装置控制四个升降板卡具从卡具卡槽中水平伸出，卡住升降板防止其弹起；
[0051]
地面接送机器车制动减速至一定速度，集成动力装置启动驱动机器车滑行至指定位置即实现飞机起飞过程。
[0052]
本实用新型所述的地面接送机器车具备以下功能：
[0053]
1)支撑滑跑功能：地面接送机器车抓取目标飞机后即可支撑目标飞机在地面滑跑，不再需要传统起落架，地面接送机器车依靠车轮的差动转动可以实现滑跑转弯的功能。
[0054]
2)缓冲减震功能：地面接送机器车依靠车轮和缓冲器支柱、缓冲器活塞杆组成的缓冲器实现目标飞机降落触地时的缓冲减震。参考传统起落架，缓冲器可以有不同的种类：机械弹簧式、油液式及油气式等。缓冲器承担绝大部分的缓冲能量。车轮使用航空轮胎，轮胎变形时也会吸收一部分缓冲能量。
[0055]
3)主动导航功能：利用地面接送机器车上的集成控制装置，可控制其按照预定的轨迹运行，同时利用第三雷达视觉传感器实现轨迹巡线，精确控制行进路线。
[0056]
4)主动寻机功能：地面接送机器车上的第二雷达视觉传感器和第二超声波距离传感器8能够利用检测并捕获目标飞机位置，当目标飞机姿态位置发生变化，地面接送机器车能够及时地做出相应姿态和位置调整。
[0057]
5)主动捕获和脱离功能：当目标飞机即将着陆时，升降板卡具相对卡具导轨水平运动，收进卡具卡槽中，处于最大压缩状态的升降压缩弹簧驱动升降板快速升起，拦截钩与目标飞机机身底部对应被捕获装置结合并锁死，成功捕获目标飞机；当目标飞机即将起飞时，升降驱动电机工作，回收与升降板底部连接的柔性部件，将升降板拉下，拦截钩下降自然与目标飞机机身底部对应拦截装置分离，成功脱离目标飞机，目标飞机正常起飞不会受到干扰。升降板下降至最底部位置，升降板卡具从卡具卡槽中伸出，卡住升降板。