無(wú)人機(jī)起落架液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王曉東，馬 穎

(中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙410200)

0 引言

無(wú)人機(jī)起落架是無(wú)人機(jī)的起飛著陸裝置，其主要功用是保證無(wú)人機(jī)起飛、著陸、滑跑和停放，吸收著陸及地面運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的撞擊和跳動(dòng)能量，改善無(wú)人機(jī)起飛著陸性能。文中所述無(wú)人機(jī)起落架采用前三點(diǎn)式結(jié)構(gòu)，包括前起落架和左、右主起落架，如圖1所示，同時(shí)起落架需具備收放(系統(tǒng))功能和剎車(chē)(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(mén)聯(lián)動(dòng)，在上下位置需要保證可靠鎖定，主起落架與主起落架艙門(mén)分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，并分別在上下位置需要保證可靠鎖定；起落架剎車(chē)系統(tǒng)方案要求為在恒定作用力下實(shí)現(xiàn)安全可靠剎車(chē)。目前無(wú)人機(jī)起落架收放和剎車(chē)控制系統(tǒng)主要有液壓系統(tǒng)和電動(dòng)系統(tǒng)兩種。電動(dòng)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(shí)重量較大，而液壓系統(tǒng)技術(shù)更成熟，成本低，執(zhí)行元器件可共用動(dòng)力源。本文設(shè)計(jì)了一種起落架液壓系統(tǒng)，液壓控制閥采用集成化設(shè)計(jì)(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(jiǎn)單，方便管理。

圖1 無(wú)人機(jī)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(chē)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(gè)放下工作時(shí)序邏輯為：主起落架艙門(mén)開(kāi)鎖(主起落架艙門(mén)開(kāi)鎖作動(dòng)筒伸出)→主起落架艙門(mén)放下(主起落架艙門(mén)收放作動(dòng)筒伸出)→主起落架放下(主起落架收放作動(dòng)筒伸出)→前起落架放下(前起落架收放作動(dòng)筒伸出)。

起落架收放系統(tǒng)的一個(gè)收上工作時(shí)序邏輯為：主起落架收上(主起落架收放作動(dòng)筒收回)→前起落架收上(前起落架收放作動(dòng)筒收回)→主起落架艙門(mén)收上(主起落架艙門(mén)收放作動(dòng)筒收回)。

(1)主起落架艙門(mén)開(kāi)鎖及放下：主起落架艙門(mén)放下電磁閥1 得電，高壓油進(jìn)入左、右主起落架艙門(mén)上位鎖作動(dòng)筒9、10 無(wú)桿腔，同時(shí)通過(guò)液控單向閥17進(jìn)入左、右主起落架艙門(mén)收放作動(dòng)筒11、12 無(wú)桿腔，并通過(guò)主起落架艙門(mén)收上電磁閥2 回油，左、右主起落架艙門(mén)上位鎖打開(kāi)后，左、右主起落架艙門(mén)收放作動(dòng)筒活塞桿伸出到位，主起落架艙門(mén)放下，液控單向閥17 將主起落架艙門(mén)鎖定在放下位置；

(2)前、主起落架放下：主起落架艙門(mén)放下到位后，主起落架艙門(mén)放下電磁閥斷電，起落架放下電磁閥3 得電，高壓油進(jìn)入前起落架收放作動(dòng)筒15、左、右主起落架收放作動(dòng)筒7、8 無(wú)桿腔，并通過(guò)起落架收上電磁閥4 回油，前、主起落架收放作動(dòng)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(dòng)筒集成下位機(jī)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(jìn)入前起落架收放作動(dòng)筒15、左、右主起落架收放作動(dòng)筒7、8 有桿腔，并通過(guò)起落架放下電磁閥3 回油，前、主起落架收放作動(dòng)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(dòng)筒集成上位機(jī)械鎖定功能；

(4)主起落架艙門(mén)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(mén)收電磁閥2得電，高壓油進(jìn)入左、 右主起落架艙門(mén)收放作動(dòng)筒11、12 有桿腔，同時(shí)將液控單向閥17 反向?qū)ǎ⑼ㄟ^(guò)主起落架艙門(mén)放下電磁閥回油，左、右主起落架艙門(mén)收放作動(dòng)筒活塞桿縮回到位，主起落架艙門(mén)上位鎖隨動(dòng)上鎖，主起落架艙門(mén)收上。

1.2 液壓剎車(chē)系統(tǒng)

高壓油通過(guò)剎車(chē)減壓閥5 實(shí)現(xiàn)恒定減壓，當(dāng)執(zhí)行剎車(chē)動(dòng)作時(shí)，剎車(chē)啟停閥6 得電，高壓油進(jìn)入左、右主起落架剎車(chē)缸13、14，開(kāi)始剎車(chē)；剎車(chē)完成后剎車(chē)啟停閥斷電，剎車(chē)缸泄壓，剎車(chē)停止。

2 液壓控制閥集成設(shè)計(jì)

該無(wú)人機(jī)起落架特點(diǎn)為重量輕和經(jīng)濟(jì)性要求高。根據(jù)上述特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)，經(jīng)過(guò)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(jìn)行了集成化設(shè)計(jì)，液壓集成閥結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示［1］。

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

為了達(dá)到減重目的，閥座材料選用7A09 鍛件，表面進(jìn)行硫酸陽(yáng)極化處理，以增強(qiáng)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(wú)需膠圈密［3］。

圖3 液壓集成閥結(jié)構(gòu)圖

3 液壓系統(tǒng)特點(diǎn)介紹

(1)該起落架系統(tǒng)集成收放和剎車(chē)功能，可滿足一般小型無(wú)人機(jī)對(duì)起落架液壓系統(tǒng)的功能和性能要求。

(2)在剎車(chē)系統(tǒng)中，系統(tǒng)高壓油經(jīng)過(guò)減壓閥減到一定壓力，在剎車(chē)啟停閥得電后可實(shí)現(xiàn)快速剎車(chē)，響應(yīng)時(shí)間快。

(3)所有液壓控制閥采用集成化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化管路，減輕重量和泄漏點(diǎn)，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(mén)收放作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)限制，內(nèi)置放下位機(jī)械鎖難度大，而如果采用放下位系統(tǒng)保壓時(shí)，當(dāng)起落架開(kāi)始放下時(shí)由于主起落架艙門(mén)和起落架外載的關(guān)系會(huì)存起主起落架艙門(mén)關(guān)閉的情況，故在主起落架艙門(mén)放下時(shí)系統(tǒng)設(shè)置有液控單向閥。

4 液壓系統(tǒng)仿真驗(yàn)證

利用AMESim 軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)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(shí)序仿真結(jié)果如圖5 所示，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為作動(dòng)筒伸出行程。

圖5 起落架液壓系統(tǒng)放下時(shí)序仿真結(jié)果

從仿真結(jié)果可以看出，主起落架艙門(mén)開(kāi)鎖作動(dòng)筒伸出→主起落架艙門(mén)收放作動(dòng)筒伸出→主起落架收放作動(dòng)筒伸出→前起落架收放作動(dòng)筒伸出，起落架放下工作時(shí)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(shí)序仿真結(jié)果如圖7 所示，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為作動(dòng)筒收回行程。

圖7 起落架液壓系統(tǒng)收上時(shí)序仿真結(jié)果

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

4.3 起落架剎車(chē)液壓系統(tǒng)仿真

起落架剎車(chē)液壓系統(tǒng)仿真模型見(jiàn)圖4、 圖6，仿真結(jié)果如圖8 所示，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為剎車(chē)缸無(wú)桿腔壓力。

圖8 起落架系統(tǒng)剎車(chē)仿真結(jié)果

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

5 結(jié)束語(yǔ)

該液壓系統(tǒng)滿足了小型無(wú)人機(jī)起落架的使用要求，經(jīng)濟(jì)成本低，重量輕，安裝和維護(hù)方便，已在某無(wú)人機(jī)飛機(jī)上得到了驗(yàn)證，可在無(wú)人機(jī)起落架液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中借鑒。