淺談無人飛艇雙點(diǎn)起落裝置

鐘興成

摘 要：飛艇的起落架是一種著陸裝置，相當(dāng)于地面緩沖器，其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，運(yùn)作機(jī)理是吸收飛艇與地面沖擊的能量，防止飛艇囊體損壞，減少尾翼觸地發(fā)生的機(jī)率，為飛艇起飛和著陸提供安全保證，增加了飛艇著陸的穩(wěn)定性；同時起落架還能借助平穩(wěn)控制的牽引對飛艇的吊艙、尾翼以及推進(jìn)裝置進(jìn)行保護(hù)。文章主要是對無人飛艇的著陸裝置起落架進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)對起落裝置設(shè)計與布局結(jié)構(gòu)做出了探討與分析。

關(guān)鍵詞：無人飛艇；起落裝置；布局結(jié)構(gòu)；設(shè)計

引言

飛艇屬于浮空器的一種，是利用輕于空氣的氣體來提供升力的航空器。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)與科技的迅速發(fā)展，我國的高空飛艇有了不斷的進(jìn)步，2008新型超視距無人控制飛艇的試飛成功標(biāo)志著我國的飛艇事業(yè)又步入新的發(fā)展階段。飛艇起落裝置的結(jié)構(gòu)獨(dú)特、豐富多樣，常見的有搖臂式、支柱式等，裝置的布局形式有單點(diǎn)式、兩點(diǎn)式、三點(diǎn)式團(tuán)等，不同的結(jié)構(gòu)布局與設(shè)計都具有不同的作用，在對起落裝置進(jìn)行設(shè)計中，要結(jié)合設(shè)計裝置的自身特點(diǎn)選擇合適的結(jié)構(gòu)形式、布局形式以及緩沖裝置形式。

1 技術(shù)領(lǐng)域與背景技術(shù)

本發(fā)明適用于目前國內(nèi)大多數(shù)的小型無人飛艇，起落架的任務(wù)主要是完成承受、吸收和消耗飛艇在著陸和滑行時的撞擊和顛簸能量，同時方便飛艇的停放和系留。飛艇的起落架與飛機(jī)的起落架有所不同，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：

飛艇的自身重量受到氦氣浮力的影響要比飛機(jī)輕的多，所以飛艇的起落架在飛艇系留和停放時所承受的靜載荷也要比一般飛機(jī)的起落架要小的多；由于飛艇降落時的速度和高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于飛機(jī)降落時的速度和高度，所以飛艇的起落架在飛艇降落時所受承受的沖擊載荷也要比一般飛機(jī)的起落架要小的多。因此，飛艇的起落架在滿足一般飛機(jī)的起落架應(yīng)有基本功能之后，結(jié)構(gòu)應(yīng)該設(shè)計得盡量簡單合理，從而使起落架重量盡量的輕。

2 技術(shù)內(nèi)容

單輪起落架的主要問題：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量過重。由于單輪起落架需要承受整個飛艇的重量，而且還要安裝減震機(jī)構(gòu)，所以導(dǎo)致起落架的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件偏多，最終導(dǎo)致重量增加；停放、牽引和系留困難。由于單輪起落架利用單個萬向輪作為飛艇在地面上唯一的支撐點(diǎn)，導(dǎo)致飛艇停靠和牽引時容易失去平衡，造成飛艇左右晃動容易翻艇，需要更多的人手在飛艇兩側(cè)進(jìn)行保護(hù)，更不利于飛艇的系留；單輪起落架與吊艙連接點(diǎn)少，造成吊艙每個承力點(diǎn)的載荷過大，容易造成吊艙支撐點(diǎn)處變形拉裂。

本發(fā)明的目的是解決以往飛艇采用單輪起落架所帶來的問題和不足之處，技術(shù)方案是：本發(fā)明為雙點(diǎn)起落裝置，即采用兩個萬向輪作為地面的支撐點(diǎn)，每個萬向輪所承受壓力的載荷約為單輪起落架所承受壓力載荷的一半，所以可以去除減震裝置。利用鋁管重量輕、剛度高的特點(diǎn)，將鋁管作為結(jié)構(gòu)件，用單雙耳接頭作為連接件，方便起落架的拆卸，通過這些來簡化結(jié)構(gòu)、降低重量。單輪起落架最低重量1.9KG，而本發(fā)明的裝置不超過1.2KG。

由于是雙萬向輪作為地面支撐，本發(fā)明相對單輪起落架來說飛艇停靠、牽引和系留時球體更加平穩(wěn)，球體相對地面不易晃動。本發(fā)明每個萬向輪固定在一根連接桿上，每根連接桿又衍伸出兩根連接桿，這樣與吊艙就有6個連接點(diǎn)，相比單輪起落架的支撐點(diǎn)（3個）多了一倍，作用在每個吊艙連接點(diǎn)部位上的力就減小了。相比以往單輪起落架來說，結(jié)構(gòu)更加簡單，重量輕，受力點(diǎn)多，載荷分散，而且飛艇牽引、停放、系留時更加穩(wěn)定方便，能夠在比較顛簸的路面上順利移動。

3 起落裝置布局結(jié)構(gòu)與設(shè)計分析

起落裝置的組成包括機(jī)輪、支柱及連接裝置、緩沖系統(tǒng)及其他附屬裝置。隨著科技的不斷發(fā)展，飛艇起落裝置的設(shè)計也在不斷的完善之中，起落裝置吸取了先進(jìn)的成品和材料，再加上制造工藝的不斷成熟與技術(shù)分析軟件團(tuán)的有效支撐，就可以設(shè)計出性能優(yōu)良的起落裝置。

本發(fā)明的中小型無人飛艇的尾翼是由舵面控制的連桿結(jié)構(gòu)，尾翼舵面控制連桿機(jī)構(gòu)由舵機(jī)搖臂、右螺紋銷軸、連桿、左螺紋銷軸、舵面搖臂等零件組成，舵機(jī)搖臂一端固定在舵機(jī)轉(zhuǎn)軸上，另一端與右螺紋銷軸連接，舵面搖臂一端固定在舵面轉(zhuǎn)軸上，另一端與左螺紋銷軸連接，右螺紋銷軸和左螺紋銷軸通過連桿連接，通過舵機(jī)轉(zhuǎn)軸帶動舵面轉(zhuǎn)軸同向轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)舵面偏轉(zhuǎn)。右螺紋銷軸和左螺紋銷軸與連桿通過螺紋連接，通過旋轉(zhuǎn)連桿可以調(diào)節(jié)兩銷軸孔的中心距。舵機(jī)搖臂和舵面搖臂的長度比值大于1時，舵機(jī)轉(zhuǎn)動的角度大于舵面轉(zhuǎn)動的角度，此時舵機(jī)輸出的功率大；當(dāng)舵機(jī)搖臂和舵面搖臂的長度比值小于1時，舵機(jī)轉(zhuǎn)動的角度小于舵面轉(zhuǎn)動的角度，此時舵機(jī)輸出的功率較小，通過調(diào)節(jié)兩搖臂長度比值來控制舵機(jī)輸出功率的大小。

飛艇起落裝置的設(shè)計過程中采用質(zhì)量塊的等效模型進(jìn)行分析。外部懸掛吊艙式的飛艇只需考慮吊艙的質(zhì)量來計算著陸過程吸收的動能，對于吊艙與艇囊連接的起落裝置，可以利用兩者的捆綁質(zhì)量才計算吸收的動能。為了保證飛艇安全著陸，飛艇壓起落架不僅要吸收飛艇動能，還要吸收由最大靜重引起的勢能。通過該飛艇起落架的形式可以進(jìn)行緩沖器的確定，緩沖器壓縮行程過長會導(dǎo)致起落架長度增加，為了防止長度超出要求，我們可以采用增加起落裝置長度的方式，還可以選擇搖臂式起落裝置，并通過出作用于起落裝置上的垂直反作用力計算出傳遞給緩沖器作用力的大小，進(jìn)而求出緩沖器的垂直位移。

單雙耳接連接方式結(jié)構(gòu)簡單、連接緊湊、拆卸過程方便，由于飛艇起落裝置相對于吊艙的位置是固定不動的，所以不同的接頭之間不會發(fā)生相對滑動，也不會發(fā)生任何磨損。本裝置的每根連接桿的連接方式與作用如下：后撐桿一端通過螺紋連接的方式與萬向輪連接，另一端通過單雙耳連接的方式與吊艙后部接頭連接，為本裝置的主要承力件。斜撐桿一端通過帶套筒的單雙耳接頭的連接方式與后撐桿連接，另一端通過單雙耳連接的方式與吊艙的中間的接頭連接，防止起落架左右晃動。橫桿兩端通過帶套筒的單雙耳接頭的連接方式連接兩個后撐桿，將兩個后撐桿形成一個整體，防止各后撐桿受不同的力而向不同方向擺動。前撐桿一端通過帶套筒的單雙耳接頭的連接方式與后撐桿連接，另一端通過單雙耳連接的方式與吊艙的前接頭連接，防止起落架前后晃動。

4 結(jié)束語

該飛艇采用雙點(diǎn)起落裝置，使用兩個萬向輪作為地面的支撐點(diǎn)，能有效減少萬向輪的載荷，省去了減震裝置的安裝；利用飛艇鋁材料作為結(jié)構(gòu)件有效地簡化了起落架結(jié)構(gòu)，降低了重量；利用萬向輪與連接桿的固定作用保證了飛艇運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，突破了單輪起落架的局限，對部分大型飛艇的起落架設(shè)計有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]周蘭欽.幾種起落架主要構(gòu)件設(shè)計與制造的簡要對比分析[J].南京航空學(xué)院學(xué)報，1991.

[2]楊昭明.新一代飛機(jī)起落架制造技術(shù)的發(fā)展思路[D].航空維修與土程，2005，3.

[3]航空航天工業(yè)部科學(xué)技術(shù)委員會.飛機(jī)起落架強(qiáng)度設(shè)計指南[M].四川科學(xué)技術(shù)出版社，1989.