橇、轮复合式中小型无人机起落架系统

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橇、轮复合式中小型无人机起落架系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种中小型无人机起落架设计技术，特别是一种橇、轮复合式中小型无人机起落架系统(或称：中小型无人机橇轮混合式起落架系统)。\n背景技术\n[0002] 无人机起落架的性能是无人机飞行场地适应性最关键的指标。从莱特兄弟发明的第一架飞机到今天的大型喷气式客机，飞机的起落架系统经历了两个重要的阶段，第一阶段为早期飞机的后三点式起落架系统(由飞机尾部一个尾轮与前部两个主轮组成)，其优点是对跑道的要求低，缺点是方向控制性较差，后三点式的起落架系统较适合早期的慢速飞机；第二阶段是现代的前三点式起落架系统(由飞机前部一个前轮与中后部两个主轮组成)，其优点是方向控制性较好，缺点是对跑道的要求较高，适合现代的高速型飞机。由于中小型无人机速度较慢，一般不在专用的机场起降，采用后三点式起落架系统的居多，但是后三点式起落架系统在应用中也遇到一些严重影响无人机场地适应性的具体问题，主要是：\n1)无人机在沥青、水泥等硬质光滑的降落场地降落时，后三点式的轮式起落架地面阻力较小，滑跑距离较长，方向控制精度不高，在实际作业环境中，降落场地的长度和宽度限制很大，经常出现无人机着陆后碰撞障碍物的情况；2)无人机在草地、坑洼地、软土地等降落场地降落时，前轮的摩擦阻力很大，飞机着陆时速度迅速下降，导致飞机的动量无法顺利缓冲消减，易使飞机产生倒翻现象而受损。\n[0003] 为克服上述二个问题，有人开始采用滑撬式起落架并能较好解决了无人机降落中存在容易磕碰、倒翻的问题，但由于滑撬式起落架在起飞阶段的摩擦阻力较大，需要滑跑的距离较长，在实际外场作业中起飞场地不易寻找，飞机的场地适应受到极大限制。\n发明内容\n[0004] 有鉴于此，本实用新型的目的是设计一种兼具轮式和滑撬式起降性能的橇、轮复合式中小型无人机起落架系统，使得具有快速滑跑起飞、短距刹车降落的功能。\n[0005] 本实用新型是以如下技术方案实现的，该橇、轮复合式中小型无人机起落架系统包括：一固定于机身前部下方的由前、后起落架支撑臂组成的起落架组件，固定于起落架支撑臂下方构成滑撬组件的滑撬板(由左、右两个常规的滑撬板组成)，分别安装在一对滑撬板上的两个滑跑机轮组件(又称滑跑主轮模块)及其位于机身尾部的一个尾轮组件，用于控制起降的控制电路板(安装于机身上)，其特征在于：\n[0006] a、所述的位于一对滑撬板上的每个滑跑机轮组件皆具有一用于安装滑跑机轮的基座，在每个基座中开设有轮轴孔，所述每个滑跑机轮组件皆配设有两个滑跑机轮并通过一机轮轴对称安装在基座轮轴孔的两侧，在所述每个基座的上方皆开设一能与所述滑撬板配合安装的带有接触面的卡槽，在所述每个基座上方的卡槽中央开设有一个用于安置压缩弹簧的卡孔，在卡孔中央同轴开设有螺纹孔，在所述起落架支撑臂与滑撬板上对着所述基座卡槽的螺纹孔方向还同轴开设有开孔作为滑道孔(即由开孔组成的滑道)；\n[0007] b、所述的起落架系统还包括一对能控制每个滑跑机轮组件与起落架支撑臂及滑撬板之间既能可靠连接(紧密固连)又能及时分离的自动释放控制组件(又称机轮自动分离释放控制组件)，每个自动释放控制组件又包括一上端部具有小开孔，底端具有外螺纹的滑动销、一安装于滑撬板与基座卡槽的卡孔之间的压缩弹簧，安装时，所述滑动销能从下向上分别松配合穿过由起落架支撑臂与滑撬板开孔组成的滑道孔和压缩弹簧中心孔并螺接于所述基座卡槽的螺纹孔中，且安装后，滑动销上端部的小开孔露出在起落架外；\n[0008] c、所述每个自动释放控制组件还包括：一根能穿过所述滑动销上端部小开孔以防止滑动销从所述的起落架支撑臂与滑撬板开孔组成的滑道孔中滑脱的紧固绳、一穿接在所述紧固绳上并能够切断该紧固绳的切割器，该切割器引出有控制导线与所述(机身上的带电源的)控制电路板连接，所述切割器能在该控制电路板的控制指令下及时快速切断紧固绳，以实现完成滑跑机轮组件的自动分离释放动作。\n[0009] 本实用新型还可以进一步具体为：\n[0010] 一、所述的切割器是制成汽缸状的筒形结构，在该汽缸状筒形结构的切割器中依次设有小活塞及火药块，在所述火药块中装有火花塞，在该火花塞的两极处引出有控制导线与所述位于机身上的控制电路板连接，在所述切割器筒形结构的汽缸壁(即筒壁)上设有穿绳孔，所述的紧固绳是经该穿绳孔横向穿过切割器的筒形缸壁，切割器切割紧固绳的工作原理是，当无人机的控制系统接收到需要释放机轮的指令后，在控制电路板的控制指令下产生高压电流，控制导线得电向切割器火药块中的火花塞两极输送高压电时产生电火花，电火花引爆火药块，火药急剧产生的高压气体推动小活塞沿着切割器筒形缸壁向前移动，当小活塞经过穿绳孔时，即迅速切断穿过缸壁穿绳孔中的紧固绳，滑动销在压缩弹簧的弹力作用下(在弹簧被压紧后储备的势能作用下)向下滑动并脱离滑道孔，使滑跑机轮组件(即滑跑主轮模块)从滑撬板上脱落，以完成滑跑机轮组件的自动分离释放动作。\n[0011] 二、所述的每个滑跑机轮组件(又称滑跑主轮模块)位于后起落架支撑臂的下方，在所述的后起落架支撑臂上设有一对固定销，安装后所述(穿过滑动销的)紧固绳的两端点固定在该固定销上。\n[0012] 三、所述基座卡槽上的螺纹孔与所述基座的轮轴孔相连通，所述滑动销螺接于基座卡槽的螺纹孔中时，该滑动销螺纹部分的底端能抵触在所述的机轮轴上(以保持机轮轴安装在基座轮轴孔中的稳定性)。\n[0013] 四、在所述每个基座上皆开设有一个用于安置微型蜂鸣器的卡孔，所述嵌入在该基座卡孔中的微型蜂鸣器能受震动触发(以构成“音频追踪模块”)，当滑跑机轮模块从起落架系统上释放坠落在地面时，该蜂鸣器能受震动触发，即由坠落产生的震动触发其蜂鸣，以便在复杂的外界环境中迅速寻找到滑跑机轮模块。\n[0014] 使用本实用新型比现有技术具有以下优点：\n[0015] 1、功能完备。起落架系统成功利用滚动摩擦与滑动摩擦的特性，实现了短距离滑跑起飞，短距离刹车降落功能，克服了无人机起飞、降落过程中的磕碰、倒翻等问题，提高了无人机的场地适应能力。\n[0016] 2、重量轻。起落架系统利用了简单的机械结构与火药切割器配合以实现释放机轮的功能，比常规的纯机械结构释放器，机械结构得到最大限度的简化，整个系统的重量因此被压缩到最小。以我们验证起飞重量为20千克的无人机，起落架系统除去滑撬部分，其他结构的重量仅为100克左右。\n[0017] 3、可靠性高。a、起落架系统单边的“滑跑机轮模块”采用2个机轮，滑撬板卡在两个机轮中间的基座上，起落架、滑撬、基座、轮轴、轮子等部件受力均衡，均不产生侧向的扭矩，保证了部件不宜破损，整个机械结构可靠性高；b、“滑跑机轮模块”的释放由电火花引爆火药的电子点火、火药切割紧固绳、压缩弹簧弹出机轮等几个技术点构成，这些技术点本身简单可靠，经过有机整合，整个机轮释放分系统可靠性较高。C、利用滑撬的滑动摩擦实现刹车，其技术途径简单可靠，常规的中小型无人机刹车系统，多采用轮式碟刹，利用气压提供刹车时的驱动力，该系统需要复杂的气路设备和刹车的机械机构，除了系统复杂，故障率高，可靠性低的缺点外，还增加了较多结构重量。\n[0018] 所以，本实用新型结合后三点轮式起落架的优点和滑撬式起落架的优点于一体，实现了快速滑跑起飞、短距刹车降落的功能。\n附图说明\n[0019] 图1是本实用新型起落架系统的一种整体装配结构示意图；\n[0020] 图2是本实用新型起落架系统各个零部件的装配连接示意图；\n[0021] 图3是本实用新型所述切割器的结构示意图；\n[0022] 图4是本实用新型起落架系统装配在无人机上时的结构示意图。\n[0023] 其中：1--起落架组件，2--前(“八”字形)起落架支撑臂，3--后(“八”字形)起落架支撑臂，4--滑撬组件(由左、右两个常规的滑撬板组成)，5-滑撬板，6--滑跑机轮(又称滑跑主轮)，7--机轮轮挡，8--基座，9--基座的轮轴孔，10-配有机轮轮挡的机轮轴，\n11--基座上的卡槽，12--压缩弹簧(又称压式弹簧)，13--基座卡槽上的卡孔(用于安置压缩弹簧)，14-位于基座卡槽上的螺纹孔，15--滑道孔(由起落架支撑臂与滑撬板开孔组成)，16--自动释放控制组件(又称机轮自动分离释放控制组件)，17--底端具有外螺纹的滑动销，18--滑动销上端部的小开孔，19--紧固绳，20--切割器，21--火药块，22--火花塞，\n23--控制导线，24--小活塞，25-设在切割器筒形缸壁(筒壁)上的穿绳孔，26--固定销，\n27--微型蜂鸣器，28-安装蜂鸣器的卡孔，29--无人机机身，30--(机身上的带电源的)控制电路板，31--尾轮组件。\n具体实施方式\n[0024] 参照附图，本实用新型是以如下技术方案实现的，该橇、轮复合式中小型无人机起落架系统，包括：一固定于机身前部下方的由(常规的“八”字形)前、后起落架支撑臂组成的起落架组件1，固定于起落架支撑臂下方的构成滑撬组件4的滑撬板5(由左、右两个常规的滑撬板组成)，分别安装在一对滑撬板5上的两个滑跑机轮组件(又称滑跑主轮模块)及其位于机身尾部的一个尾轮组件31，用于控制起降的(安装于机身上带电源的)控制电路板30，其特征在于：\n[0025] a、所述的位于一对滑撬板上的每个滑跑机轮组件(又称滑跑主轮模块，位于后“八”字形起落架支撑臂的下方)皆具有一用于安装滑跑机轮(又称滑跑主轮)6的基座8，在每个基座中开设有轮轴孔9，所述每个滑跑机轮组件皆配设有两个滑跑机轮6并通过一机轮轴10对称安装在基座轮轴孔9的两侧，在所述每个基座8的上方皆开设一能与所述滑撬板5配合安装的带有接触面的卡槽11，在所述每个基座8上方的卡槽中央开设有一个用于安置压缩弹簧12的卡孔13，在卡孔中央同轴开设有螺纹孔14，在所述起落架支撑臂3与滑撬板5上对着所述基座卡槽的螺纹孔14方向还同轴开设有开孔作为滑道孔15；\n[0026] b、所述的起落架系统还包括一对能控制每个滑跑机轮组件(又称滑跑主轮模块)与起落架支撑臂及滑撬板(指后“八”字形起落架支撑臂及滑撬板)5之间既能可靠连接(紧密固连)又能及时分离的自动释放控制组件(又称机轮自动分离释放控制组件)16，每个自动释放控制组件又包括一上端部具有小开孔18，底端具有外螺纹的滑动销17、一安装于滑撬板5与基座卡槽的卡孔13之间的压缩弹簧12，安装时，所述滑动销17能从下向上分别松配合穿过由起落架支撑臂与滑撬板开孔组成的滑道孔(即由后起落架支撑臂和滑撬板的开孔组成的滑道孔)15和压缩弹簧中心孔并螺接于所述基座卡槽的螺纹孔14中，且安装后，滑动销17上端部的小开孔18露出在起落架外；\n[0027] c、所述每个自动释放控制组件(又称机轮自动分离释放控制组件)16还包括：一根能穿过所述滑动销17上端部小开孔18以防止滑动销从所述的起落架支撑臂与滑撬板开孔组成的滑道孔15中(即由后“八”字形起落架支撑臂和滑撬板的开孔组成的滑道孔中)滑脱的紧固绳19、一穿接在所述紧固绳上并能够切断该紧固绳的切割器20，该切割器引出有控制导线23与所述(机身上带电源的)控制电路板30连接，所述切割器20能在该控制电路板30的控制指令下及时快速切断紧固绳19，以实现完成滑跑机轮组件的自动分离释放动作。\n[0028] 本实用新型还可以进一步具体为：\n[0029] 一、所述的切割器20是制成汽缸状的筒形结构，在该汽缸状筒形结构的切割器中依次设有小活塞24及火药块21，在所述火药块中装有火花塞22，所述控制导线23的一端与火花塞22的两极连接，另一端与所述位于机身29上的(带电源的)控制电路板30连接(即该火花塞22的两极处引出有控制导线23与所述机身上的带电源的控制电路板连接)，在所述切割器筒形结构的汽缸壁(即筒壁)上设有穿绳孔25，所述的紧固绳19是经该穿绳孔横向穿过切割器的筒形缸壁(筒壁)，切割器切割紧固绳的工作原理是，当无人机的控制系统接收到需要释放机轮的指令后，在控制电路板的控制指令下产生高压电流，控制导线得电向切割器火药块中的火花塞两极输送高压电时产生电火花，电火花引爆火药块，火药急剧产生的高压气体推动小活塞沿着切割器筒形缸壁向前移动，当小活塞经过穿绳孔时，即迅速切断穿过缸壁穿绳孔中的紧固绳(小活塞移动到切割器筒形缸壁底部，高压气体从穿绳孔中释放)，滑动销在压缩弹簧的弹力作用下(在弹簧被压紧后储备的势能作用下)向下滑动并脱离滑道孔15，使滑跑机轮组件从滑撬板5上脱落，以完成滑跑机轮组件的自动分离释放动作。\n[0030] 二、所述的(位于一对滑撬板上)的每个滑跑机轮组件位于后(“八”字形)起落架支撑臂3的下方，在所述的后起落架支撑臂3上设有一对固定销26，安装后所述(穿过滑动销的)紧固绳19的两端点固定在该固定销上。\n[0031] 三、所述基座卡槽上的螺纹孔14与所述基座的轮轴孔9相连通，所述滑动销17螺接于基座卡槽的螺纹孔中时，该滑动销螺纹部分的底端能抵触在所述的机轮轴10上(以保持机轮轴安装在基座轮轴孔中的稳定性)。\n[0032] 四、在所述每个基座8上皆开设有一个用于安置微型蜂鸣器27的卡孔28，所述嵌入在基座卡孔28中的微型蜂鸣器能受震动触发(以构成“音频追踪模块”)，当滑跑机轮模块从起落架系统上释放坠落在地面时，该蜂鸣器能受震动触发，即由坠落产生的震动触发其蜂鸣，以便在复杂的外界环境中迅速寻找到滑跑机轮模块。\n具体实施例：\n[0033] 1、系统装配。把轮轴8插入基座中的轮轴孔9中，把滑动销螺入到基座卡槽中间的螺纹孔中，锁紧后可固定住轮轴，使其不会在轮轴孔中滑动，在轮轴两边装进机轮，并锁好机轮轮挡7，把压缩弹簧(压式弹簧)卡人到基座的圆形卡孔内，此时压缩弹簧与滑动销同心，压缩弹簧的直径比滑动销直径大以确保两者不接触，把滑动销从下向上穿过滑撬和起落架的开孔组成的滑道，滑动销上部的小开孔露出在起落架外，把紧固绳穿过滑动销上的小开孔，套住滑动销，然后再穿过切割器筒形缸壁(筒壁)上的穿绳孔，最后固定在起落架的固定销上，此时要确保压缩弹簧完全压紧，由于压缩弹簧的弹性系数并不大(弹簧的弹性系数不宜过大，一般在最大压缩状态下，最大弹力达到1牛顿即可)，可以确保压缩弹簧完全压紧，基座的卡槽与滑撬板配合无间隙，然后把控制导线接入到无人机的(带电源的)控制电路板中，装配完毕。\n[0034] 2、一个完整的释放应用过程。无人机在机轮的支撑下滑跑起飞，离地后，无人机控制系统发出抛轮的指令，接到指令，起落架系统的控制导线产生电流，电火花点燃切割器内的火药，引爆切断紧固绳，紧固绳从滑动销的小开孔中脱离，滑动销在压缩弹簧的弹力作用下(储备的势能作用下)向下滑动，使滑跑机轮模块(即滑跑机轮组件)从滑撬上脱落，无人机执行正常分飞行任务，机轮模块坠落在起飞场附近的场地中，由坠落产生的震动触发机轮模块上的蜂鸣器，地勤人员根据蜂鸣器的音频信号寻找到机轮模块，无人机执行完任务后，返航降落，此时起落架为滑撬式，触地后产生的滑动摩擦阻力使其快速停下，向机头方向延伸的滑撬在地面较粗糙的时候可确保无人机不会倒翻。\n[0035] 工作原理：在无人机起飞阶段，滑跑机轮模块与滑撬板紧密固连，能在轮子的支撑下滑跑起飞：利用滚动摩擦系数小的原理实现无人机迅速加速，短距离快速滑跑起飞；滑跑起飞离地后，在控制电路板的控制指令下释放滑跑机轮，此时无人机起落架则转化成为了滑撬式，降落时，利用滑撬滑动摩擦系数大的原理，实现了短距刹车降落的功能。\n[0036] 本实用新型的未述部分与现有技术相同。

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