一种直升机鱼叉-格栅辅助着舰系统

技术领域

本发明属于直升机技术领域，尤其涉及一种直升机鱼叉-格栅辅助着舰系统。

背景技术

为了使直升机安全地在中小型舰船上起飞降落，人们研制出了一些专门提高舰载直升机舰面上降落时的安全性和可靠性的装置，这就是舰载直升机着舰助降装置。在现有舰载直升机中，大多使用以液压系统，或气压系统、电磁系统为动力源的“鱼叉-格栅”式着舰装置进行直升机快速辅助着舰及舰面系留。鱼叉装置是直升机着舰的重要部件，用于实现舰载直升机平稳、快速着舰。

但现有技术中，无人直升机着舰助降系统从驱动方面可分为液压驱动、气动驱动和电磁驱动，这三种方式机械结构比较复杂、重量较重、且需配置单独的液压系统、气动系统或电磁系统，这些技术装置较复杂，工作关键环节太多。直升机液压鱼叉用液压、气压、电磁系统连接复杂，占用安装空间较大，产品维护保养不便、甚至困难，消耗过多、甚至不必要的机载电源能量。

发明内容

本发明提供一种直升机鱼叉-格栅辅助着舰系统，克服现有技术的缺点。

本发明是这样实现的，一种直升机鱼叉-格栅辅助着舰系统，包括

鱼叉，通过内置的电动推杆二控制各个卡钩同步的升降用于所述卡钩从格栅内的栅孔中穿过或者收缩；通过内置的电动推杆一控制各个所述卡钩的向外弹出张开和收回，用于将所述鱼叉卡接锁定在所述格栅上或者从所述格栅上解锁；

所述格栅，设置在舰船上，用于配合所述鱼叉将直升机固定在舰船上；

优选的，所述鱼叉控制器，包括供电电路、主控制电路、电动推杆一驱动电路及接口、电动推杆二驱动电路及接口、与直升机飞行控制器通信电路及接口等，用于控制所述鱼叉的所述电动推杆一和所述电动推杆二伸缩运行。

优选的，所述鱼叉包括位于最下方的鱼叉头，所述鱼叉头的上方螺接有套筒一，所述套筒一的外周壁设置有多组所述卡钩，所述卡钩通过转轴一、衬套一转动连接于所述套筒一。

优选的，多个所述卡钩的下方设置有活塞一，该活塞一的下端套接在所述鱼叉头内的导向凸台上，且所述活塞一下端套接有弹簧一用于推动所述活塞一向上回复，

其中所述活塞一的上表面设置为圆弧状。

优选的，所述活塞一的上方设置有电动推杆一，用于推动所述活塞一下降，所述电动推杆一安装在所述套筒一内部。

优选的，所述套筒一的上方安装有活塞二，该活塞二以及所述套筒一均安装在套筒二中，并沿着所述套筒二内部升降滑动。

优选的，所述套筒二内部靠上侧安装有电动推杆二，该电动推杆二的下端与所述活塞二相固定连接，用于带动所述活塞二在所述套筒二中作升降滑动。

优选的，在所述套筒二的上方设置有上盖，在所述上盖上端通过转轴二、衬套二转动连接有万向铰，所述上盖通过所述万向铰转动连接在直升机的安装板。

在该上盖的上端外侧套设有弹簧二，该弹簧二的外侧套设有弹簧保护套，该弹簧二以及所述弹簧保护套均位于所述上盖和所述安装板之间。

优选的，舰船的飞行甲板中心处降落区设置有一个圆，该圆为所述格栅，所述格栅上表面由尖点和弧线组成，用于锥形的所述鱼叉头插入时可以滑入孔内。

优选的，所述格栅的栅孔的每个孔直径由上到下逐渐减小，底部直径略大于鱼叉头小于套筒一的直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种直升机鱼叉-格栅辅助着舰系统，当需要舰面系留时，该鱼叉控制器能够快速控制鱼叉本体与格栅嵌合，保证无人直升机不发生侧滑和翻转，锁固于甲板上；同时，当无人机准备复飞时，鱼叉本体又能够迅速脱开系留格栅，保证安全起飞。机身连接装置保证鱼叉与直升机机体以球铰方式连接，同时加装了减震组件，减少了鱼叉系统根部的应力，同时15°的偏摆角也能保证无人直升机在4级海况以下仍然能够顺利的与格栅锚固，降低了舰船由于横摇、纵摇导致的角度不确定性，解决了舰载直升机在较恶劣海况时舰船的升沉和摇摆运动所带来的着舰和舰上系留问题。

本发明采用电动推杆这种全电力驱动和控制，具有无需单独提供液压或气动等动力源、维护保养方便、无污染，机械结构简单、重量轻，运行平稳、响应速度快、低电耗、大加速度、宽频带、长寿命、可编程调整参数、便于和飞行控制系统进行整合等优点，解决了因液压驱动带来的各种问题。

附图说明

图1为本发明的鱼叉-格栅系统组成示意图；

图2为本发明的鱼叉控制器组成示意图；

图3为本发明的鱼叉-格栅着舰系统工作流程；

图4为本发明鱼叉-格栅结构示意图；

图5为本发明中鱼叉分解结构示意图；

图6为本发明中鱼叉正视结构示意图；

图7为本发明中鱼叉侧视结构示意图；

图8为图7中A-A向剖面鱼叉与格栅分离结构示意图；

图9为图7中A-A向剖面鱼叉与格栅结合示意图；

图中：100、鱼叉；1、鱼叉头；2、弹簧一；3、活塞一；4、套筒一；5、卡钩；6、转轴一；7、衬套一；8、电动推杆一；9、活塞二；10、电动推杆二；11、套筒二；12、上盖；13、转轴二；14、衬套二；15、万向铰；16、弹簧二；17、弹簧保护套；18、安装板；

200、格栅；

300、鱼叉控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：

一种直升机鱼叉-格栅辅助着舰系统，包括

鱼叉100，通过内置的电动推杆二10控制各个卡钩5同步的升降用于卡钩5从格栅200内的栅孔中穿过或者收缩；通过内置的电动推杆一8控制各个卡钩5的向外弹出张开和收回，用于将鱼叉100卡接锁定在格栅200上或者从格栅200上解锁；

格栅200，设置在舰船上，用于配合鱼叉100将直升机固定在舰船上；

鱼叉控制器300，用于控制鱼叉100的电动推杆一8和电动推杆二10伸缩运行。

具体的：鱼叉头1与套筒一4通过内、外螺纹直接旋紧连接，安装方便。鱼叉头1内设有导向凸台用于活塞一3的导向，鱼叉头1的导向凸台与活塞一3之间放置有弹簧一2，用于控制活塞一3的回复运动。活塞一3安置于套筒一4底部的通孔中，活塞一3下方与弹簧一2接触，上方与两个或多个卡钩5接触，卡钩5下方与活塞一3接触，上方与电动推杆一8接触，卡钩5的通孔内放置衬套一7，衬套一7内贯穿有转轴一6，转轴一6通过螺钉配合衬套一7压紧锁固。电动推杆一8用于推动卡钩5横置部分往下运动，卡钩5绕转轴一6转动，卡钩5横置部分下表面带动活塞一3沿套筒一4通孔往下运动，卡钩5横置部分下表面与活塞一3上表面都为圆弧面，确保运动过程的顺畅与均匀；在电动推杆一8收起后，由弹簧一2带动活塞一3回弹，弹簧一2直接安置于鱼叉头1内部凹槽及活塞一3下表面凹槽中，安装便捷，没有多余机构。套筒一4下方与鱼叉头1通过内、外螺纹直接旋紧连接，上方与活塞二9可使用相同方式连接，也可如图使用螺钉连接，取决于电动推杆二10的形式，因市面上多数货架商品为图示形状，所以采用目前的连接方式，若电动推杆改造结构为圆柱状，即可通过螺纹旋紧。电动推杆一8主体部分置于套筒一4中，四周通过活塞二9内侧壁稳固，上端与活塞二9通过螺栓锁固。活塞二9除了下半部分与电动推杆一8上端安装孔通过螺栓锁固外，上半部分另一轴向亦通过螺栓与电动推杆二10的推杆部分的安装孔锁固，活塞二9置于套筒二11内，活塞二9外表面加工有圆弧滑块，便于沿套筒二11的滑槽运动的过程中顺畅，且具有更高的强度和可靠性，螺栓皆位于活塞二9外表面以内，不影响活塞二9做往复运动。套筒二11与上盖12锁固，内置电动推杆二10，只起稳固作用，套筒一4内台阶面与上盖12内部底凸台面共同压紧限位，电动推杆二10通过螺栓与上盖12锁固。上盖12顶部凸台侧边通孔内装有衬套二14，衬套二14内贯穿有转轴二13，转轴二13通过螺钉配合衬套二14压紧锁固；上盖12凸台顶部通孔置有万向铰15，转轴二13亦贯穿于万向铰15中。万向铰15由夹持器、球面内环、滚珠导套构成，转轴二13贯穿于球面内环中，万向铰15与衬套二14间留有通过鱼叉100、格栅200几何关系计算确定好的间隙，鱼叉100主体部分可沿转轴二13滑动，此间隙值便是滑动的限位值，鱼叉100主体部分可与转轴一6起随万向铰15的球面内环沿滚珠导套做摆动，间隙值及其他各尺寸的计算确保整个系统在非工作状态、作动过程中均能保持最佳的可靠性和功能性。上盖12与安装板18间置有弹簧二16，弹簧外侧置有弹簧保护套17，弹簧保护套17优选环形橡胶材质，亦可选择聚氨酯材质，亦可使用波纹管的形式直接将弹簧与减震套合为一体加工，弹簧及弹簧保护套17在鱼叉100系统受格栅200作用摆动时缓冲鱼叉100系统与直升机机体间的作用力；弹簧保护套17外侧套有弹簧定位套，用于防止弹簧、弹簧保护套17的周向移动、错位，防止影响减震效果，弹簧保护套17与安装板18通过螺纹锁固。

鱼叉控制器300直接使用直升机飞行控制器及相关传感器的硬件，通过智能软件算法来控制鱼叉100的待机启用及伸缩量，采用单片机的控制方式替代原来的继电器控制方式，大大减轻鱼叉100控制系统的尺寸和重量，使得操作简单、方便，大大提高效率，适用性强。

鱼叉控制器300包括供电电路、主控制电路、电动推杆一8驱动电路及接口、电动推杆二10驱动电路及接口、与直升机飞行控制器通信电路及接口。其中供电电路为主控制电路、电动推杆一8、电动推杆二10等提供电能；主控制电路可接收飞行控制器的控制指令，产生控制信号，驱动电动推杆一8或电动推杆二10根据指令进行执行任务；电动推杆一8驱动电路及接口提供电动推杆一8的电气连接接口，驱动电动推杆一8控制各个卡钩5向外弹出张开和收回，达到将鱼叉100卡接锁定在格栅200上或者从格栅200上解锁；电动推杆二10驱动电路及接口提供电动推杆二10的电气连接接口，驱动电动推杆二10控制各个卡钩5同步的升降，达到将卡钩5从格栅200内的栅孔中穿过或者收缩的目的；为了保证控制的安全可靠性，在电路设计中采用控制信号的电气隔离设计，提高电路抗干扰性能。

鱼叉100系统通过安装板18螺钉连接安装于直升机机腹位置。格栅200安装于舰艇飞行甲板上。飞行甲板的中心降落区会有一个圆，圆内甲板制成网栅状，类似纱窗上的纱网，有很多栅孔。格栅200上孔的形状却没有一定之规，有圆形、方形、六角形(蜂窝状)等多种。格栅200的面积根据机种、舰种而异。格栅200上表面由尖点和弧线组成，保证鱼叉100锥形头部插入时可以滑入孔内。每个孔直径由上到下逐渐减小，底部直径略大于鱼叉头1部外壳体，即套筒一4的直径，优选材质为不锈钢。

其中，衬套一7和衬套二14分别作为转轴一6和转轴二13的配套件，较低的摩擦系数、表面粗糙度及更好的同轴度，使得转轴转动更加顺滑，且衬套更大的接触面积减少了局部压强，提高了组件强度和系统的可靠性。电动推杆一8、电动推杆二10目前都由电机、合金钢螺旋伞齿轮组、推杆组成，控制器直接接入直升机控制，而未采用传统的霍尔正交编码器，使结构更加简洁，控制更加智能，不过尚有可优化空间，若做成与下方套筒一4直径相当的圆柱形，则整体结构会更加简洁。

工作过程：

一、直升机着舰过程：电动推杆一8接收到鱼叉控制器300指令向下推动卡钩5，卡钩5横置的部分带动活塞一3及弹簧一2向下运动，卡钩5在电动推杆一8的推动下，绕转轴一6转动并收入套筒一4中。鱼叉100的电动推杆二10作为驱动装置，收到鱼叉控制器300的指令推动活塞二9在套筒二11内滑动，活塞二9滑动时带动下方的部件向下运动。鱼叉头1随之向下运动的过程中接触格栅200，鱼叉头1顶点沿格栅200某栅孔的内弧面滑动，并在电动推杆二10向下推动的过程中继续向下滑动至卡钩5全部滑入并穿过格栅200孔中。直升机被鱼叉100套筒一4卡住，防止着舰过程滑移或侧翻，并继续下降。至直升机完全着舰后，电动推杆一8收到鱼叉控制器300指令向上收起，活塞一3在弹簧一2弹簧力作用下，推动卡钩5绕转轴一6转动，卡钩5恢复张开状态。电动推杆二10收到电动推杆一8已收起指令短暂时间后，亦向上收起，带动活塞二9及活塞二9所连接的鱼叉100下方部件向上运动，直至卡钩5与格栅200板底部产生一定的预紧力，使得直升机与军舰之间形成近似刚性的连接。即使舰艉在风浪中突然升高，直升机也会相应地被推高，不会有突然撞在甲板上的风险。为适用于不同种类的中、小型舰船上直升机的起降，卡钩5的预紧拉力可通过电动推杆一8调节，由鱼叉控制器300内对应算法调节，智能地调节预紧拉力，应对不同的风浪、舰艇工况。

二、直升机跟随平台运动过程：由于鱼叉100与格栅200紧密连接，有预紧力，规定使用工况内，卡钩5只会受微幅变化的交变载荷作用，而不会与格栅200脱离，从而直升机也不会有脱离格栅200的情况。

三、直升机复飞过程：首先电动推杆一8、电动推杆二10收到鱼叉控制器300复飞信号，电动推杆二10率先向下推动，带动鱼叉100卡钩5及以下部分向下运动一定距离；运动到位后，电动推杆一8随后向下推动卡钩5上端面，卡钩5绕转轴一6转动收回到套筒一4内；转动到位后，电动推杆二10收到信号并往回缩，带动活塞二9及以下部分收回到直升机机腹中，保证直升机正常起飞。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明构造简单、重量轻便、锁固效果显著、在直升机或者甲板上装卸容易，鱼叉100系统每一次锁紧动作的完成，卡钩5都会将锁紧信号反馈给控制程序，电动推杆可以根据卡钩5提供的反馈信号控制锚固叉与系留格栅200之间锁紧力的大小。当无人直升机着舰时，通过鱼叉控制器300完成鱼叉100装置与格栅200的快速锁紧，完成高海况下着舰。

2、机身连接装置保证鱼叉100与直升机机体以球铰方式连接，减少鱼叉100系统根部的应力，同时10°的偏摆角也能保证无人直升机在4级海况以下仍然能够顺利的与格栅200锚固，当舰面格栅200随着海浪摇摆±7°时，万向铰15保证鱼叉100本体仍然能够与其锚固，同时减震弹簧和弹簧保护减震套不仅能减少接触振动也能够保证鱼叉100系统始终与机体平面垂直。降低了舰船由于横摇、纵摇导致的角度不确定性。

3、当直升机准备复飞时，鱼叉控制器300通过PWM或其他形式信号控制电动推杆也能保证锁钩迅速脱开格栅200，且响应速度快于电磁控制。

4、本款鱼叉100是可看作由电动推杆控制的轴向二力杆，当鱼叉100钓住舰面的格栅200后，电动推杆立即收缩将直升机往下拉，使起落架压缩，这样不论舰如何摇晃都不会出现机轮离开甲板，出现倾倒的可能。鱼叉100系留时，无论升力大小，起落架受到的载荷始终都较大，基本上设定到一个确定的工作压缩状态下，这样就确定了直升机在舰面的稳定性特性基本不变，从而有效控制了舰面共振的发生。

注：现有的：气动系统缺点：因气压传动工作压力低，且结构尺寸不宜过大，故气压传动的输出力较小。由于空气的可压缩性，气动系统的动作稳定性稍差。气动装置的信号传递速度限制在声速范围之内，它的工作频率和响应速度远不如电子装置，并且信号易产生较大失真和延迟，也不便于构成十分复杂的回路。气动系统的动力源为压缩气瓶，体积较大，占用无人直升机上较大的空间。气动系统比电动系统重量略重。

液压系统缺点：液压传动在工作过程中常有较多的能量损失，液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部件的运动平稳性及正确性。工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。因液压脉冲和液体中混入空气，易产生噪声。为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高；且使用维护需要较高技术水平。需要配套液压系统，而舰载无人直升机上没有其它的液压装置，需要单独为液压系统配置液压泵，大幅增加了系统重量和复杂程度。对于舰载直升机总重不到500㎏的，并不需要太大的锁紧力。

电磁系统缺点：机械特性硬度小，稳定性差。传递功率小。只适用于调速方式要求不高的场合。需要对应的电磁阀等机构。电磁阀等额外机构的加入，增加了鱼叉100系统的高度，直升机起落架高度有设计标准，使得太高的鱼叉100系统很难布局于直升机机腹内，也影响机载设备的布局，使得直升机稳定性、操纵性能、可靠性降低。

5、本发明设计相较于气压驱动、液压驱动和电磁驱动，本系统不需要在机体内额外配套气压源(储气罐)、液压系统、电磁系统等增重装置，其驱动电源可以直接使用机载电源，且所需功率远小于电磁系统所需供电，将大大降低其总重，减小电源设备功率压力，并因此增加了直升机续航；并且具有精确度高、环保水平优、噪声低等优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。