淺談太陽能飛機(jī)滑車起落架

馬一元

長航時(shí)無人機(jī)屬于一種比較復(fù)雜的無人機(jī)。為了追求最大的效費(fèi)比，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能降低整機(jī)重量，提高其升阻比。從這一角度看，占飛機(jī)起飛總重量4%-6%、占結(jié)構(gòu)重量10%-15%的起落架系統(tǒng)對(duì)于長航時(shí)無人機(jī)來說就成了額外的“負(fù)擔(dān)”。因此，一些長航時(shí)無人機(jī)開始采用可分離的滑車起落架，如波音公司的氫動(dòng)力長航時(shí)無人機(jī)“幻影眼”

“幻影眼”無人機(jī)采用滑車替代傳統(tǒng)起落架。它的滑車有四個(gè)輪子，看起來就像一輛小型越野車，起飛時(shí)可輔助無人機(jī)滑跑，當(dāng)達(dá)到一定速度后，便與飛機(jī)分離。拋棄了傳統(tǒng)起落架的“幻影眼”有著更高的效費(fèi)比和更長的巡航時(shí)間，性能得到很大提升。

全國“科研類”航空航天模型錦標(biāo)賽（以下簡稱CADC比賽）中的太陽能飛機(jī)項(xiàng)目所用的模型與長航時(shí)無人機(jī)有很多共同點(diǎn)。由于該項(xiàng)目比賽要求空機(jī)重不超過3kg，且完全依靠太陽能電池產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)飛機(jī)升空飛行，因此在整機(jī)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)重量成為必須解決的難題。而使用可分離的滑車起落架無疑是一種很好的解決方案，不僅能大幅減輕整機(jī)重量，還能提高飛行效率。早在2012年的賽場上，西工大航模隊(duì)的太陽能飛機(jī)就開始采用滑車替代傳統(tǒng)的起落架。

這種滑車起落架采用前三點(diǎn)布局，主體結(jié)構(gòu)由碳纖維復(fù)合材料搭建。其鎖定機(jī)構(gòu)最初采用的是機(jī)械式插銷結(jié)構(gòu)：機(jī)翼中部下表面延伸出一個(gè)耳片，與滑車上對(duì)應(yīng)位置的機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖定，并通過舵機(jī)完成鎖定-脫離動(dòng)作。

這種機(jī)械鎖定結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，但在鎖定時(shí)比較麻煩，需要精確對(duì)準(zhǔn)插銷位置。為此，在2015年CADC比賽中，西工大航模隊(duì)對(duì)滑車進(jìn)行了改進(jìn)，嘗試采用電磁鐵進(jìn)行鎖定，即機(jī)翼下表面貼鐵片，滑車上對(duì)應(yīng)位置安裝電磁鐵，通過一個(gè)自制的開關(guān)電路來控制電磁鐵的吸合與釋放，同年，昌航航模隊(duì)也采用了類似的鎖定方式。這種鎖定方式的優(yōu)點(diǎn)是上鎖方便快捷，且機(jī)翼上的機(jī)構(gòu)能夠平整地與機(jī)翼下表面貼合，不會(huì)破壞整機(jī)的氣動(dòng)外形。然而，機(jī)翼底面貼合的鐵片比傳統(tǒng)的耳片重，不利于減重工作。另外，在選取電磁鐵的規(guī)格時(shí)，必須要留有一定的安全裕度，否則在滑跑過程中遇到陣風(fēng)或顛簸，滑車有可能與飛機(jī)意外脫離，造成嚴(yán)重的事故。

觀察近兩年的CADC賽場上出現(xiàn)的滑車，各參賽隊(duì)設(shè)計(jì)了很多有創(chuàng)意的結(jié)構(gòu)。如西安交大航模隊(duì)2014年的太陽能飛機(jī)采用了自行車輪式的滑車，其中主起落架采用盤式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由電池板供電。這樣一來，起落架也帶有動(dòng)力，對(duì)模型的順利起飛幫助很大。2015年的CADC比賽中，北航、北理工、計(jì)量學(xué)院等高校開始采用可收折式滑車。其主體較高，在脫離的瞬間支撐結(jié)構(gòu)會(huì)收折起來，為模型的起飛留出一定的安全高度。

近年CADC比賽太陽能飛機(jī)項(xiàng)目最難的就是起飛階段，而這種折疊式滑車的優(yōu)勢明顯，是未來滑車結(jié)構(gòu)的重要發(fā)展方向之一。

相信，可分離的滑車起落架在今后的太陽能飛機(jī)項(xiàng)目中會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，期待在未來CADC賽場上能夠涌現(xiàn)出更多更有新意的滑車。