一种刚柔耦合起落架前轮转弯装置及起落架的制作方法

1.本实用新型涉及飞机起落架技术领域，尤其涉及一种刚柔耦合起落架前轮转弯装置及起落架。


背景技术：

2.起落架是飞机起飞着陆的关键部件，起落架前轮转弯机构的性能直接影响到飞机的安全。传统的起落架前轮转弯机构采用液压作动筒，有双作动筒和单作动筒转弯，单作动筒转弯机构如图1所示，利用转弯作动筒100的往复运动实现转弯操纵，需另安装一阻尼阀200实现减摆。带减摆功能的电磁工作原理：转弯时，对转弯作动筒左右两个腔进行通压，利用左右腔压差实现前起落架的转弯。在不转弯的情况下，电磁阀300处于中立位置，该腔与转弯作动筒形成一个闭环系统，在飞机滑跑的过程中，通过中间减摆腔中阻尼阀200上的阻尼孔201，对转弯作动筒100进行减摆，从而实现前起落架的减摆功能。该结构的缺点在于：由于电磁阀300安装位置往往位于机身上，距离转弯作动筒较远，管路较长，导致减摆的灵敏度较低，且转弯控制阀的结构复杂化和体积较大，对于空间较小的无人机不利。因此设计一种减摆性能好，结构紧凑的转弯机构，对起落架整体设计具有积极意义。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种集转弯减摆为一体的刚柔耦合起落架前轮转弯装置，还相应提供一种具有该转弯装置的起落架。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种刚柔耦合起落架前轮转弯装置，包括水平布置的摇臂和减摆器、通过支架安装在起落架的支柱外筒一侧的转弯驱动舵机，以及套设于起落架的支柱外筒上且可相对支柱外筒旋转的转弯套筒，转弯套筒的外圆周上设有安装支架；所述转弯驱动舵机具有竖向布置的输出轴，所述输出轴与摇臂的一端固连，所述摇臂的另一端与减摆器的一端铰接，所述减摆器的另一端与转弯套筒上的安装支架铰接，所述转弯套筒与起落架的防扭臂固连；所述转弯驱动舵机旋转时可带动摇臂和减摆器摆动，摇臂和减摆器摆动以驱动转弯套筒绕支柱外筒旋转，转弯套筒绕支柱外筒旋转以驱使防扭臂带动前轮转弯。
6.由此，上述结构构成四连杆机构，舵机输出轴中心到支柱外筒中心的距离构成四连杆机构机架杆长，摇臂两端连接中心孔间的距离构成第一连架杆杆长，减摆器可以左右摆动一个微小距离，减摆器构成四连杆中的气动连杆，转弯套筒与减摆器的连接中心到支柱外筒的中心距离构成第二连架杆杆长。飞机转弯时，给舵机输入一个转弯角度，舵机输出轴的运动启动四连杆机构，四连杆机构带动转弯套筒绕支柱外筒旋转，转弯套筒通过上下防扭臂将运动传递到轮叉上，轮叉转动带动起落架支柱活塞杆在支柱外筒内部旋转，从而固定在轮叉上的前轮实现转弯操纵。
7.减摆器作为四连杆机构中的气动连杆，当飞机前轮转弯操纵时充当刚性连杆，当飞机直线滑行时，充当阻尼器作为柔性连杆能有效避免机体发生摆振，刚柔耦合，集转弯减
摆为一体，结构简单，构型紧凑。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.作为减摆器的一种具体结构形式，所述减摆器包括减摆外筒、活塞杆和导向套，所述减摆外筒具有第一中空腔，所述第一中空腔中固定有隔板从而将第一中空腔分为油腔和气腔，所述活塞杆贯穿减摆外筒的两个端壁和所述隔板；且所述活塞杆可沿减摆外筒的轴向方向往复移动；
10.所述导向套密封滑设于气腔中，所述导向套将所述气腔分为远离油腔的第一腔和靠近油腔的第二腔；所述导向套具有第二中空腔，所述活塞杆上设有密封滑设于第二中空腔中的第一活塞，以及密封滑设于油腔中的第二活塞，所述第一活塞将第二中空腔分为远离油腔的第三腔和靠近油腔的第四腔，所述导向套上开设有连通第三腔和第一腔的气孔，所述活塞杆上开设有连通高压气源与第三腔的气道；所述第二活塞将油腔分为靠近气腔的第五腔和远离气腔的第六腔，所述第二活塞上开设有连通第五腔和第六腔的阻尼孔；
11.所述活塞杆远离气腔的一端设有第一连接端，所述减摆外筒远离油腔的一端设有第二连接端，所述摇臂与第一连接端和第二连接端中之一连接，所述转弯套筒与第一连接端和第二连接端中的另一连接。
12.外部高压气源通过气道在减摆器的第一腔和第三腔充有设定压力的高压气体，设定气体压力的值应能平衡起落架最大转弯力矩，第二腔为正常大气压力。当减摆器活塞杆的第一连接端受到向右的拉力，并且该力不足以克第一腔气体的压力，此时活塞杆处于中立位置不移动，整个减摆装置相当于一个刚性连杆；如果该力较大，可以克服第一腔内的压力，活塞杆向右移动，第六腔的油液通过阻尼孔进入第五腔，减摆装置作阻尼器使用。如果外力为向左的压力，并且该力不足以克服气体弹簧内第三腔内的压力时，此时活塞杆不会移动，此时减摆装置作刚性连杆使用；当该力可以克服第三腔内的压力时，活塞杆带动活塞向左移动，阻尼器内的油液从第五腔窜入第六腔，减摆装置作阻尼器使用。
13.所述活塞杆靠近气腔的一端设有与气道连通的充气嘴。
14.所述气腔的内壁上设有朝向气腔内凸起的环突，所述第一活塞的外壁与环突的内壁密封抵接。
15.所述输出轴通过竖向布置的连接轴与摇臂的一端固连。
16.所述连接轴的上端面开设有与输出轴固定连接的固定孔，所述摇臂的一端具有双耳板，所述连接轴的下端伸入双耳板中并与双耳板通过固定销组件固连。
17.所述固定销组件包括贯穿双耳板和连接轴的固定销，以及与固定销的一端螺纹连接的锁紧螺母。
18.所述锁紧螺母的外壁上开设有通槽，所述通槽中穿设有开口销，以防止锁紧螺母反转松动。
19.所述固定销为圆锥状结构，所述双耳板和连接轴上均开设有与固定销配合的圆台状通孔。该连接方式可避免摇臂与转动轴连接处有间隙，导致传递角度不精确的问题。
20.作为一个总的发明构思，本实用新型还提供一种起落架，包括支柱外筒、与支柱外筒密封滑动连接的支柱活塞杆、固定于支柱活塞杆下端的轮叉、安装在轮叉上的轮胎，以及连接于支柱外筒和轮叉之间的防扭臂，还包括上述的刚柔耦合起落架前轮转弯装置。
21.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
22.1、本实用新型的刚柔耦合起落架前轮转弯装置，通过摇臂、减摆器、转弯套筒以及支柱外筒组成的刚柔耦合四连杆机构进行运动传递，能有效将舵机的转动角度转化为前轮的转弯角度，实现前轮转弯操纵。
23.2、减摆器作为四连杆机构中的气动连杆，当飞机前轮转弯操纵时充当刚性连杆，当飞机直线滑行时，充当阻尼器作为柔性连杆能有效避免机体发生摆振，刚柔耦合，集转弯减摆为一体，结构简单，构型紧凑。
附图说明
24.图1为现有技术的单作动筒转弯机构的结构示意图。
25.图2为本实用新型的刚柔耦合起落架前轮转弯装置的结构示意图。
26.图3为转弯驱动舵机通过连接轴及固定销组件与摇臂连接的示意图(摇臂未示出)。
27.图4为减摆器的结构示意图。
28.图5为本实用新型的前轮转弯装置驱动前轮右转的原理图。
29.图6为本实用新型的前轮转弯装置驱动前轮回中的原理图。
30.图7为本实用新型的前轮转弯装置驱动前轮左转的原理图。
31.图例说明：1、转弯驱动舵机；2、摇臂；3、减摆器；4、支柱外筒；5、转弯套筒；51、安装支架；6、防扭臂；11、输出轴；31、减摆外筒；32、活塞杆；33、导向套；311、隔板；34、第一腔；35、第二腔；321、第一活塞；322、第二活塞；36、第三腔；37、气道；331、气孔；38、第五腔；39、第六腔；323、阻尼孔；324、第一连接端；312、第二连接端；325、充气嘴；313、环突；7、连接轴；8、固定销组件；83、开口销；81、固定销；82、锁紧螺母；9、支柱活塞杆；91、轮叉；10、轮胎。
具体实施方式
32.以下结合具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
33.实施例：
34.如图2所示，起落架包括支柱外筒4、与支柱外筒4密封滑动连接的支柱活塞杆9、固定于支柱活塞杆9下端的轮叉91、安装在轮叉91上的轮胎10，以及连接于支柱外筒4和轮叉91之间的防扭臂6，以及本实施例的刚柔耦合起落架前轮转弯装置。
35.该前轮转弯装置包括水平布置的摇臂2和减摆器3、通过支架安装在起落架的支柱外筒4一侧的转弯驱动舵机1，以及套设于起落架的支柱外筒4上且可相对支柱外筒4旋转的转弯套筒5，转弯套筒5的外圆周上设有安装支架51。
36.该前轮转弯装置通过摇臂、减摆器、转弯套筒以及支柱外筒组成的刚柔耦合四连杆机构进行运动传递，能有效将舵机的转动角度转化为前轮的转弯角度，实现前轮转弯操纵。
37.减摆器作为四连杆机构中的气动连杆，当飞机前轮转弯操纵时充当刚性连杆，当飞机直线滑行时，充当阻尼器作为柔性连杆能有效避免机体发生摆振，刚柔耦合，集转弯减摆为一体，结构简单，构型紧凑。
38.具体地，如图3所示，转弯驱动舵机1具有竖向布置的输出轴11，该输出轴11为方
轴，输出轴11与摇臂2的一端通过连接轴7和固定销组件8固连，连接轴7的上端面开设有与输出轴11固定连接的固定孔，转弯驱动舵机1的输出轴11与连接轴7的方孔连接，连接轴7穿插于支柱外筒安装支架中，转弯驱动舵机1输出轴11中心轴线到支柱外筒中心轴向的距离构成四连杆机构机架杆长。摇臂2的一端具有双耳板，连接轴7的下端伸入双耳板中并与双耳板通过固定销组件8固连。本实施例中，固定销组件8包括贯穿双耳板和连接轴7的固定销81，以及与固定销81的一端螺纹连接的锁紧螺母82。锁紧螺母82靠近连接轴7的一端外壁上套设有衬垫，锁紧螺母82远离连接轴7的一端外壁上开设有通槽，通槽中穿设有开口销83。固定销为圆锥状结构，双耳板和连接轴7上均开设有与固定销配合的圆台状通孔。此连接可防止摇臂2与转动轴7连接处有间隙，导致传递角度不精确。
39.摇臂2的另一端通过螺栓、垫片、螺母、开口销与减摆器3的一端支耳铰接，此连接处摇臂2上有一轴承，摇臂2与减摆器3的连接构成转动副。摇臂两端连接中心孔间的距离构成第一连架杆杆长。减摆器3的另一端通过螺栓、垫片、螺母、开口销与转弯套筒5上的安装支架铰接。减摆器可以左右摆动一个微小距离，减摆器12构成四连杆中的气动连杆。转弯套筒5安装在支柱外筒4上，可绕支柱外筒4旋转，转弯套筒5与减摆器3的铰接轴中心轴线到支柱外筒4的中心轴线距离构成第二连架杆杆长。转弯套筒5与起落架的防扭臂6的上段固连。防扭臂6的下段固定安装在轮叉91上，上下防扭臂段连接在一起。
40.由此，转弯驱动舵机1旋转时可带动摇臂2和减摆器3摆动，摇臂2和减摆器3摆动以驱动转弯套筒5绕支柱外筒4旋转，转弯套筒5绕支柱外筒4旋转以驱使防扭臂6带动前轮转弯。
41.飞机转弯时，给转弯驱动舵机1输入一个转弯角度，舵机输出四方轴的运动带动连接轴7旋转，从而启动四连杆机构，四连杆机构带动转弯套筒5绕支柱外筒4旋转，转弯套筒5通过上下防扭臂将运动传递到轮叉91上，轮叉91转动带动活塞杆9在支柱外筒4内部旋转，从而固定在轮叉91上的前轮实现转弯操纵，前轮右转、回中和左转弯操纵示意图分别如图5、6和7所示。
42.如图4所示，减摆器3包括减摆外筒31、活塞杆32和导向套33，减摆外筒31具有第一中空腔，第一中空腔中固定有隔板311从而将第一中空腔分为油腔和气腔，活塞杆32贯穿减摆外筒31的两个端壁和隔板311；且活塞杆32可沿减摆外筒31的轴向方向往复移动；
43.导向套33密封滑设于气腔中，气腔的内壁上设有朝向气腔内凸起的环突313，第一活塞321的外壁与环突313的内壁密封抵接以实现导向套33的密封滑设。导向套33和环突313将气腔分为远离油腔的第一腔34和靠近油腔的第二腔35；导向套33具有第二中空腔，活塞杆32上设有密封滑设于第二中空腔中的第一活塞321，以及密封滑设于油腔中的第二活塞322，第一活塞321将第二中空腔分为远离油腔的第三腔36和靠近油腔的第四腔，导向套33上开设有连通第三腔36和第一腔34的气孔331，活塞杆32上开设有连通高压气源与第三腔36的气道37；活塞杆32靠近气腔的一端设有与气道37连通的充气嘴325。第二活塞322将油腔分为靠近气腔的第五腔38和远离气腔的第六腔39，第二活塞322上开设有连通第五腔38和第六腔39的阻尼孔323。
44.活塞杆32远离气腔的一端设有第一连接端324，减摆外筒31远离油腔的一端设有第二连接端312，摇臂2与第一连接端324和第二连接端312中之一连接，转弯套筒5与第一连接端324和第二连接端312中的另一连接。
45.外部高压气源通过气道在减摆器的第一腔34和第三腔36充有设定压力的高压气体，设定气体压力的值应能平衡起落架最大转弯力矩，第二腔35为正常大气压力。当减摆器活塞杆的第一连接端受到向右的拉力，并且该力不足以克第一腔34内气体的压力，此时活塞杆32处于中立位置不移动，整个减摆装置相当于一个刚性连杆。如果该力较大，可以克服第一腔34内的压力，活塞杆32向右移动，第六腔39的油液通过阻尼孔323进入第五腔38，减摆装置作阻尼器使用。如果外力为向左的压力，并且该力不足以克服气体弹簧内第三腔36内的压力时，此时活塞杆34不会移动，此时减摆装置作刚性连杆使用.当该力可以克服第三腔36内的压力时，活塞杆32带动第二活塞322向左移动，阻尼器内的油液从第五腔38窜入第六腔39，减摆装置作阻尼器使用。
46.以上所述，仅是本技术的较佳实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，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。