一种仿竹子结构的无人机起落架的制作方法

1.本实用新型涉及无人机配件技术领域，特别是涉及一种仿竹子结构的无人机起落架。


背景技术：

2.目前，无人机与载人飞行器相比，具有成本低且危险性小等特点，近年来被广泛应用于民用与军事领域。起落架作为无人机的重要组成部分，对其着陆及起飞过程的安全及可靠性有重要影响。目前对无人机起落架的研究大多停留在材料与结构优化，通过使用复合材料达到轻量化或提高结构强度；通过尺寸优化、响应面优化等方法对起落架部件进行优化从而达到结构要求。因此在材料不变的情况下如何对起落架的结构进行重新设计具有较高意义。
3.竹子作为自然界中常见的植物，其下粗上细结构，使得在自重作用下各截面的压应力近似相等，在环境载荷下各段抗弯变形的能力基本相同，此外竹节的存在使得横向的抗挤压能力大幅增强；微观下的维管束组织的阶梯分布使其具有强度高、韧性好等优点，这些导致竹子结构具有良好的力学性能。
4.应用于无人机的滑撬式起落架多使用弓形梁结构，特征上是一种细长的弹性体，这与竹子结构(具有较大细长比)类似。将仿竹思想应用于无人机起落架中，最终提高起落架在载荷下的力学性能，有利于延长起落架的使用寿命。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种仿竹子结构的无人机起落架，以解决上述现有技术存在的问题，将仿生学理念引入到无人机起落架的设计中，达到了提高起落架着陆性能，提高了结构强度，延长了使用寿命，达到了轻量化效果。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.本实用新型提供一种仿竹子结构的无人机起落架，包括圆筒形弓形梁和仿生滑筒，圆筒形弓形梁的底部两侧分别设置有一个仿生滑筒，仿生滑筒为仿竹子微观组织结构，仿生滑筒的管壁的内部为类维管束结构。
8.优选地，所述仿生滑筒的管壁内设置有多根轴向的加强筋，相邻两个加强筋之间为镂空结构。
9.优选地，所述加强筋设置有12根，12根加强筋周向均布。
10.优选地，每根加强筋的厚度为2mm。
11.优选地，圆筒形弓形梁与仿生滑筒的连接处设置有类竹节结构，类竹节结构为柱形结构，类竹节结构的轴心与仿生滑筒的轴心同心，类竹节结构的外壁顶部连接圆筒形弓形梁的底端，类竹节结构的两端则连接仿生滑筒。
12.本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
13.本实用新型提供的仿竹子结构的无人机起落架，将仿生学理念引入到无人机起落
架的设计中，达到了提高起落架着陆性能，提高了结构强度，延长了使用寿命，达到了轻量化效果。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本实用新型中仿竹子结构的无人机起落架的结构立体示意图；
16.图2为本实用新型中仿生滑筒的截面图；
17.图3为本实用新型中圆筒形弓形梁和仿生滑筒连接处的局部放大图；
18.图4是本实用新型的三个仿竹吸能管截面图；
19.图5是本实用新型的三个仿竹吸能管在材料处于特性1情况下的轴向与径向吸能性对比图；
20.图6是本实用新型的三个仿竹吸能管在材料处于特性2情况下的轴向与径向吸能性对比图；
21.图7是本实用新型的动力学分析中三个工况简易图；
22.图8是本实用新型的仿竹起落架与初始起落架静态分析中的应力对比图；
23.图9是本实用新型的仿竹起落架与初始起落架动态分析中的应力对比图；
24.图中：1
‑
仿生滑筒；2
‑
圆筒形弓形梁；3
‑
吸能管仿生结构截面一；4
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吸能管仿生结构截面二；5
‑
吸能管仿生结构截面三；6
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加强筋；7
‑
类竹节结构。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.本实用新型的目的是提供一种仿竹子结构的无人机起落架，以解决现有技术存在的问题。
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
28.本实施例中的仿竹子结构的无人机起落架，如图1所示，包括圆筒形弓形梁2和仿生滑筒1，圆筒形弓形梁2的底部两侧分别设置有一个仿生滑筒1，仿生滑筒1为仿竹子微观组织结构，仿生滑筒1的管壁的内部为类维管束结构；竹子的维管束分布使其结构具有强度高、韧性好等优点。仿生滑筒的结构借鉴了竹子优良的力学性能，仿生结构可通过3d打印制造，其外径与圆筒结构一致。
29.如图2所示，仿生滑筒1的管壁内设置有多根轴向的加强筋6，相邻两个加强筋6之间为镂空结构。本实施例中，加强筋6优选为12根，12根加强筋6周向均布。每根加强筋6的厚度为2mm。
30.如图3所示，在圆筒形弓形梁2与仿生滑筒1的连接处还设置有类竹节结构7，类竹节结构7为柱形结构，类竹节结构7为实心柱体结构，类竹节结构7的轴心与仿生滑筒1的轴心同心，类竹节结构7的外壁顶部连接圆筒形弓形梁2的底端，类竹节结构7的两端则连接仿生滑筒1。
31.于本具体实施例中，仿生滑筒1和类竹节结构7采用6063铝制作而成，圆筒形弓形梁2采用20crmo钢制作而成。
32.上述仿竹子结构的无人机起落架的设计方法：包括了仿生滑筒1截面设计与仿真计算，主要包括：
33.(1)根据竹子微观结构设计了三种类维管束结构管并进行建模仿真；
34.(2)通过仿生滑筒1的轴向、径向冲击仿真以得到仿生管的结构特性并进行结果对比。
35.图4是本实用新型中设计的三个仿生滑筒截面图，其中第二种仿生滑筒用较多细长的薄壁面结构(图中虚线)模拟维管束，薄壁面个数从内到外依次增多以呈现维管束呈梯度分布的规律，具体地，从内到外依次由10、16、20条加强筋相连；考虑设计的截面复杂性，设计了第一种仿生滑筒，保证内圈直径相等的同时减少层数与薄壁面个数，具体地，内部通过8条加强筋相连；为了精确模拟维管束形状，在薄壁结构基础上再增加空心圆管设计成第三种仿生滑筒，第三种仿生滑筒为双层结构，外层通过24条加强筋相连；内层通过16个圆形薄壁管相连；竹节则设计成仿生管中部的一个壁面。
36.图5是上述的三个仿生滑筒在材料处于特性1情况下的轴向与径向吸能性对比图，轴向情况下第三种结构吸能性优于第一种与第二种结构；径向情况下第二种结构结构吸能性优于第一种与第三种结构。
37.图6是上述的三个仿竹吸能管在材料处于特性2情况下的轴向与径向吸能性对比图，轴向情况下第二种结构吸能性综合表现最好；径向情况下第一种结构吸能性综合表现最好。
38.图2是本实用新型的最终应用于起落架的仿生滑筒的截面6的示意图；通过吸能特性分析综合考虑了前两种结构，在第一种结构基础上增加了加强筋个数，并且每个加强筋壁厚为2mm。
39.图7是本实用新型的动力学分析中三个工况示意图，动力学分析为了尽可能描述起落架着陆状况，分别列出了：水平着陆、向左倾斜5
°
着陆、向前倾斜5
°
着陆三种工况。
40.图8是本实用新型的仿竹起落架与初始起落架静态分析中的应力对比图，其中初始起落架在静态载荷下的最大应力发生在滑筒与弓形梁接触处，为718.15mpa，而使用仿竹结构的起落架最大应力发生在弓形梁上端，为402.21mpa，且接触位置降为66mpa，有效降低了应力集中现象。
41.图9是本实用新型的仿竹起落架与初始起落架动态分析中的应力对比图。其中针对着陆工况1，结构最大应力由618mpa降为458mpa；针对着陆工况2，结构最大应力由667mpa降为602mpa；针对着陆工况3，连接处的最大应力由573mpa升为1325mpa，在此工况下的起落架容易发生结构破坏。
42.图3是本实用新型的带有仿生竹节结构的起落架局部放大图，针对着陆工况3，在滑筒与弓形梁接触出加了一段类竹节结构7，最大应力由573mpa降为527mpa。
43.仿竹起落架的作用于效果：
44.根据本实施例所设计的一种仿竹结构的起落架，具有提高结构强度，提高无人机着陆按性能，并起到轻量化的作用。
45.此外竹子结构具有相对复杂性，可以设计多种不同的结构进行对比并通过实验选取较优结构。
46.本实用新型应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。