無人機起落架液壓系統(tǒng)設計

王曉東，馬 穎

(中航飛機起落架有限責任公司工程技術研究中心，長沙410200)

0 引言

無人機起落架是無人機的起飛著陸裝置，其主要功用是保證無人機起飛、著陸、滑跑和停放，吸收著陸及地面運動時產(chǎn)生的撞擊和跳動能量，改善無人機起飛著陸性能。文中所述無人機起落架采用前三點式結(jié)構，包括前起落架和左、右主起落架，如圖1所示，同時起落架需具備收放(系統(tǒng))功能和剎車(系統(tǒng))功能。起落架收放系統(tǒng)方案要求為前起落架與前起落架艙門聯(lián)動，在上下位置需要保證可靠鎖定，主起落架與主起落架艙門分別獨立驅(qū)動，并分別在上下位置需要保證可靠鎖定；起落架剎車系統(tǒng)方案要求為在恒定作用力下實現(xiàn)安全可靠剎車。目前無人機起落架收放和剎車控制系統(tǒng)主要有液壓系統(tǒng)和電動系統(tǒng)兩種。電動系統(tǒng)容易受重量/功率比限制，成本高，特別是在多執(zhí)行元器件時重量較大，而液壓系統(tǒng)技術更成熟，成本低，執(zhí)行元器件可共用動力源。本文設計了一種起落架液壓系統(tǒng)，液壓控制閥采用集成化設計(現(xiàn)在大部分液壓系統(tǒng)控制閥為分體式安裝)，工藝堵頭選用某公司膨脹式管堵，使得系統(tǒng)重量輕，液壓管路布局簡單，方便管理。

圖1 無人機起落架布局圖

1 起落架液壓系統(tǒng)工作原理

根據(jù)上述起落架收放和剎車系統(tǒng)方案要求，擬定起落架液壓系統(tǒng)工作原理如圖2 所示。

圖2 液壓系統(tǒng)工作原理圖

1.1 液壓收放系統(tǒng)

起落架收放系統(tǒng)的一個放下工作時序邏輯為：主起落架艙門開鎖(主起落架艙門開鎖作動筒伸出)→主起落架艙門放下(主起落架艙門收放作動筒伸出)→主起落架放下(主起落架收放作動筒伸出)→前起落架放下(前起落架收放作動筒伸出)。

起落架收放系統(tǒng)的一個收上工作時序邏輯為：主起落架收上(主起落架收放作動筒收回)→前起落架收上(前起落架收放作動筒收回)→主起落架艙門收上(主起落架艙門收放作動筒收回)。

(1)主起落架艙門開鎖及放下：主起落架艙門放下電磁閥1 得電，高壓油進入左、右主起落架艙門上位鎖作動筒9、10 無桿腔，同時通過液控單向閥17進入左、右主起落架艙門收放作動筒11、12 無桿腔，并通過主起落架艙門收上電磁閥2 回油，左、右主起落架艙門上位鎖打開后，左、右主起落架艙門收放作動筒活塞桿伸出到位，主起落架艙門放下，液控單向閥17 將主起落架艙門鎖定在放下位置；

(2)前、主起落架放下：主起落架艙門放下到位后，主起落架艙門放下電磁閥斷電，起落架放下電磁閥3 得電，高壓油進入前起落架收放作動筒15、左、右主起落架收放作動筒7、8 無桿腔，并通過起落架收上電磁閥4 回油，前、主起落架收放作動筒活塞桿伸出到位，前、主起落架放下，前起落架及左、右主起落架收放作動筒集成下位機械鎖定功能；

(3)前、主起落架收上：起落架收上電磁閥4 得電，高壓油進入前起落架收放作動筒15、左、右主起落架收放作動筒7、8 有桿腔，并通過起落架放下電磁閥3 回油，前、主起落架收放作動筒活塞桿縮回到位，前、主起落架收上，前起落架及左、右主起落架收放作動筒集成上位機械鎖定功能；

(4)主起落架艙門收上：前、主起落架收上后，起落架收上電磁閥4 斷電，主起落架艙門收電磁閥2得電，高壓油進入左、 右主起落架艙門收放作動筒11、12 有桿腔，同時將液控單向閥17 反向?qū)ǎ⑼ㄟ^主起落架艙門放下電磁閥回油，左、右主起落架艙門收放作動筒活塞桿縮回到位，主起落架艙門上位鎖隨動上鎖，主起落架艙門收上。

1.2 液壓剎車系統(tǒng)

高壓油通過剎車減壓閥5 實現(xiàn)恒定減壓，當執(zhí)行剎車動作時，剎車啟停閥6 得電，高壓油進入左、右主起落架剎車缸13、14，開始剎車；剎車完成后剎車啟停閥斷電，剎車缸泄壓，剎車停止。

2 液壓控制閥集成設計

該無人機起落架特點為重量輕和經(jīng)濟性要求高。根據(jù)上述特點和技術參數(shù)，經(jīng)過與各成品廠家溝通，所有液壓控制閥選用某公司小型化成品螺紋插裝閥，并進行了集成化設計，液壓集成閥結(jié)構圖如圖3 所示［1］。

閥座是液壓控制元器件的安裝平臺，同時也是油路溝通的渠道，安裝有電磁換向閥、剎車減壓閥、液控單向閥、回油單向閥以及液壓接頭等。

為了達到減重目的，閥座材料選用7A09 鍛件，表面進行硫酸陽極化處理，以增強防腐能［2］。工藝孔堵頭選用某公司的鋁堵頭，質(zhì)量輕，承壓高、占用體積小，可拆卸，無需膠圈密［3］。

圖3 液壓集成閥結(jié)構圖

3 液壓系統(tǒng)特點介紹

(1)該起落架系統(tǒng)集成收放和剎車功能，可滿足一般小型無人機對起落架液壓系統(tǒng)的功能和性能要求。

(2)在剎車系統(tǒng)中，系統(tǒng)高壓油經(jīng)過減壓閥減到一定壓力，在剎車啟停閥得電后可實現(xiàn)快速剎車，響應時間快。

(3)所有液壓控制閥采用集成化設計，簡化管路，減輕重量和泄漏點，提高了系統(tǒng)可靠性，方便管理。

(4) 回油單向閥的功能為將起落架液壓系統(tǒng)與其他液壓系統(tǒng)隔離，防止系統(tǒng)之間相互干涉。

(5)由于左、右主起落架艙門收放作動筒結(jié)構限制，內(nèi)置放下位機械鎖難度大，而如果采用放下位系統(tǒng)保壓時，當起落架開始放下時由于主起落架艙門和起落架外載的關系會存起主起落架艙門關閉的情況，故在主起落架艙門放下時系統(tǒng)設置有液控單向閥。

4 液壓系統(tǒng)仿真驗證

利用AMESim 軟件進行仿真設計如下：

4.1 起落架液壓系統(tǒng)放下仿真

(1)起落架液壓系統(tǒng)放下仿真模型如圖4 所示。

圖4 起落架液壓系統(tǒng)放下仿真模型

(2) 起落架液壓系統(tǒng)放下邏輯時序仿真結(jié)果如圖5 所示，其中橫坐標為時間，縱坐標為作動筒伸出行程。

圖5 起落架液壓系統(tǒng)放下時序仿真結(jié)果

從仿真結(jié)果可以看出，主起落架艙門開鎖作動筒伸出→主起落架艙門收放作動筒伸出→主起落架收放作動筒伸出→前起落架收放作動筒伸出，起落架放下工作時序邏輯合理。

4.2 起落架液壓系統(tǒng)收上仿真

(1)起落架液壓系統(tǒng)收上仿真模型如圖6 所示。

圖6 起落架液壓系統(tǒng)收上仿真模型

(2)起落架液壓系統(tǒng)收上邏輯時序仿真結(jié)果如圖7 所示，其中橫坐標為時間，縱坐標為作動筒收回行程。

圖7 起落架液壓系統(tǒng)收上時序仿真結(jié)果

從仿真結(jié)果可以看出，主起落架收放作動筒收回→前起落架收放作動筒收回→主起落架艙門收放作動筒收回，起落架收上工作時序邏輯合理。

4.3 起落架剎車液壓系統(tǒng)仿真

起落架剎車液壓系統(tǒng)仿真模型見圖4、 圖6，仿真結(jié)果如圖8 所示，其中橫坐標為時間，縱坐標為剎車缸無桿腔壓力。

圖8 起落架系統(tǒng)剎車仿真結(jié)果

從仿真結(jié)果可以看出，剎車過程中液壓系統(tǒng)可以為剎車缸提供穩(wěn)定的恒壓剎車壓力。

5 結(jié)束語

該液壓系統(tǒng)滿足了小型無人機起落架的使用要求，經(jīng)濟成本低，重量輕，安裝和維護方便，已在某無人機飛機上得到了驗證，可在無人機起落架液壓系統(tǒng)設計中借鑒。