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(shí)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(jì)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(jì)

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(jì)都具有不同的作用，在對起落裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)中，要結(jié)合設(shè)計(jì)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(shí)的撞擊和顛簸能量，同時(shí)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(shí)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(shí)的速度和高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于飛機(jī)降落時(shí)的速度和高度，所以飛艇的起落架在飛艇降落時(shí)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(jì)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(gè)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(gè)萬向輪作為飛艇在地面上唯一的支撐點(diǎn)，導(dǎo)致飛艇?？亢蜖恳龝r(shí)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(gè)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(gè)萬向輪作為地面的支撐點(diǎn)，每個(gè)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(shí)球體更加平穩(wěn)，球體相對地面不易晃動。本發(fā)明每個(gè)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(gè)連接點(diǎn)，相比單輪起落架的支撐點(diǎn)（3個(gè)）多了一倍，作用在每個(gè)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)動的角度大于舵面轉(zhuǎn)動的角度，此時(shí)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(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)動的角度小于舵面轉(zhuǎn)動的角度，此時(shí)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(gè)后撐桿，將兩個(gè)后撐桿形成一個(gè)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(gè)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(jì)有一定的借鑒意義。

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