一种固定翼无人机地面减速装置

技术领域

本发明涉及无人机刹车控制领域，具体是一种利用液压油传递扭矩而制动的无人机地面减速装置。

背景技术

现有固定翼无人机地面减速装置采用刹车片或电磁刹车对机轮进行制动刹车。但大载重固定翼无人机因机轮的直径和宽度较小，且机体自重大，同时降落时滑跑速度较快，如采用刹车片进行刹车，会因机轮高速转动产生剧烈摩擦，从而导致刹车片、刹车盘等部件温度迅速升高，且热量不易及时消散，易引起轮胎起火或刹车片加速磨损，以及刹车油高温沸腾气化而失去制动能力。目前，刹车盘和刹车片组合的刹车系统，部件多，重量和体积大，不利于减轻航空器自重和气动布局设计，同时大负载固定翼无人机接地刹车时，短短数秒便可使刹车片、刹车盘、卡钳达到600摄氏度以上，温度远超液压油230摄氏度的沸点，液压油大量气化，引起刹车失效或引燃轮胎；而电磁刹车属于无接触刹车系统，其刹车力度过小，对大自重的固定翼无人机来说刹车效果不明显；且现有的刹车系统双侧刹车力度一致，通常会设置液压总泵来驱动位于各个机轮内部的液压分泵，无法根据偏航情况单独调节每个机轮的刹车力度，当因跑道条件或侧风原因引起双侧机轮行程或摩擦系数不同时，无人机会出现偏航滑行的现象，导致偏移跑道发生事故。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种固定翼无人机地面减速装置，包括机轮架、轮胎、轮毂和空心主轴，所述轮毂由两个镜像对立设置的单侧轮毂拼合而成，所述轮毂的两个单侧轮毂的内侧均设置有随动叶轮，所述轮毂的两个单侧轮毂外侧均设置有散热涡轮，所述轮毂的内腔正中设置有固定叶轮，所述固定叶轮的轴心处贯穿有旁通孔，所述旁通孔的外端连接有单向阀，所述固定叶轮最靠近旁通孔的叶片贯穿开有叶片中心孔，所述空心主轴安装于轮毂的轴心处，且同时套接固定叶轮，所述空心主轴的一端为开口，另一端封闭，所述空心主轴的表面开有通油孔，且通油孔的开口将旁通孔和叶片中心孔的开口均包覆在内，所述轮毂的外周组装有轮胎，所述空心主轴以轮毂为中心向外依次串接有第一轴承、石墨油封、第二轴承和轮毂挡圈，所述机轮架为Y形结构，且底端两个支脚均套接在空心主轴的外端，所述空心主轴的开口一端连接有油嘴，所述油嘴的外部连接有油壶；所述油壶下端设置有齿轮泵对液压油的注入或回收进行控制，所述齿轮泵与油嘴通过高压软管相连接，且高压软管装有电磁阀对油路的通断进行控制。

作为本发明的一种优选技术方案，还包括电子辅助结构，所述电子辅助结构包括传感器、MCU和齿轮泵，所述传感器为陀螺仪，装配于无人机机身，所述MCU接收传感器的偏航信号并分析处理，所述齿轮泵接收MCU的控制信号，通过正转或者反转来控制液压油的注入或回收。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一轴承和第二轴承均为角接触轴承，所述轮毂的单侧轮毂轴心处开有轴承孔，所述轴承孔的内侧设置有轴承座，且外侧设置轮毂挡圈，所述第一轴承与第二轴承将石墨油封夹持在中间，并装配于轴承孔内部。

作为本发明的一种优选技术方案，所述轮毂挡圈通过机米螺丝固定于空心主轴上。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1：本发明中液压油与轮毂的接触面积大，可将液压油高速扰动产生的大量热能及时导出，多余的热量可通过轮毂外部的散热涡轮散发。

2：本发明中液压油注入轮毂之后将轮毂内部的空气压缩，气压增大之后提升了液压油的沸点，从而有效避免了液压油提前气化。

3：本发明整体结构简单易维护，取消传统刹车系统的刹车盘、刹车片、复位弹簧、液压总泵、液压分泵等部件，从而减轻无人机总重。

4：本发明无干性摩擦机构，整个刹车过程均无固体相互摩擦，刹车通过液压油传递力矩实现，避免轮胎着火或产生大量摩擦粉尘。

5：本发明通过左右两侧的刹车系统分别注入或回收液压油，可根据偏航情况单独调节每个机轮的刹车力度，从而纠正地面偏航现象。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的爆炸拆分图；

图3是本发明的固定叶轮结构示意图；

图4是本发明的固定叶轮以及空心主轴截面示意图；

图5是本发明的空心主轴结构示意图；

图6是本发明轮毂的单侧轮毂结构示意图；

图中：1、机轮架；2、轮胎；3、轮毂；4、空心主轴；5、随动叶轮；6、散热涡轮；7、固定叶轮；8、第一轴承；9、石墨油封；10、第二轴承；11、轮毂挡圈；12、油嘴；13、油壶；14、齿轮泵；15高压软管；16、电磁阀；71、旁通孔；72、单向阀；73、叶片中心孔；41、通油孔。

实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-6所示，本发明提供一种固定翼无人机地面减速装置，包括机轮架1、轮胎2、轮毂3和空心主轴4，轮毂3由两个镜像对立设置的单侧轮毂拼合而成，轮毂3的两个单侧轮毂的内侧均设置有随动叶轮5，轮毂3的两个单侧轮毂外侧均设置有散热涡轮6，轮毂3的内腔正中位置设置有固定叶轮7，固定叶轮7的轴心处贯穿有旁通孔71，旁通孔71的外端连接有单向阀72，固定叶轮7最靠近旁通孔71的叶片贯穿开有叶片中心孔73，空心主轴4安装于轮毂3的轴心处，且同时套接固定叶轮7，固定叶轮7过盈配合套接于空心主轴4中段，空心主轴4的一端为开口，另一端封闭，空心主轴4的表面开有通油孔41，且通油孔41的开口将旁通孔71和叶片中心孔73的开口均包覆在内，轮毂3的外周组装有轮胎2，空心主轴4以轮毂3为中心向两侧依次串接有第一轴承8、石墨油封9、第二轴承10和轮毂挡圈11，机轮架1为Y形结构，且底端两个支脚均套接在空心主轴4的外端，空心主轴4的开口一端连接有油嘴12，油嘴12的外部连接有油壶13；所述油壶13下端设置有对液压油注入或回收进行控制的齿轮泵14，所述齿轮泵14与油嘴12通过高压软管15相连接，且高压软管15装有电磁阀16对油路的通断进行控制。

还包括电子辅助结构，电子辅助结构包括传感器、MCU和齿轮泵14，传感器为陀螺仪，装配于无人机机身上，MCU接收传感器的偏航信号并分析处理，齿轮泵14接收MCU的控制信号，通过正转或者反转从而控制液压油的注入或回收。

第一轴承8与第二轴承10均为角接触轴承，轮毂3的两个单侧轮毂轴心处开有轴承孔，轴承孔的内侧设置有轴承座，且外侧设置轮毂挡圈11，第一轴承8与第二轴承10将石墨油封9夹持在中间，并装配于轴承孔内部，两边的单侧轮毂拼合在一起时，密封性良好，且内部充满空气，当齿轮泵14将液压油泵入轮毂3内腔时，空气受到压缩产生压力，将两边的单侧轮毂向外挤压，此时，轴承会受到轴向力，第一轴承8与第二轴承10作为角接触轴承既用于承担径向负荷，同时也用于承担较大的轴向负荷，石墨油封9则起密封作用，保证轮毂3内腔的压力，同时避免液压油泄露，石墨质地柔软，不磨损空心主轴4。

轮毂挡圈11通过机米螺丝固定于空心主轴4上。

减速时，利用随动叶轮5和固定叶轮7的相反转动，带动高粘度液压油形成流体剪切力，从而产生阻力。

具体的，减速时，通过陀螺仪检测固定翼无人机接地滑跑时的偏航角，MCU接收到陀螺仪发出的偏航信号之后进行分析处理，之后向齿轮泵14输出指令，通过齿轮泵14的运转驱使油壶13内的液压油经过高压软管15从油嘴12进入空心主轴4内，液压油从空心主轴4的通油孔41流向固定叶轮7的旁通孔71和叶片中心孔73，由于旁通孔71的孔径较大，可增加液压油注入轮毂3的效率，液压油注入至轮毂3的内腔后，此时轮毂3内腔的空气被压缩，气压升高之后提高液压油的沸点，从而避免液压油过早气化影响减速效果；液压油注入轮毂3之后，轮毂3及内侧的随动叶轮5跟随轮胎2的滚动方向进行旋转，固定叶轮7与空心主轴4固定在一起，不参与旋转，从而带动轮毂3内的液压油向固定叶轮7进行挤压，液压油在固定叶轮7的流向与随动叶轮5的转向相反，形成阻力，在此过程中，液压油搅动产生的热量通过热对流和热传导的方式传递至轮毂3的外壁，轮毂3外侧的散热涡轮6吸入冷空气对轮毂3进行散热，降低轮毂3内部液压油的温度；之后，齿轮泵14回转形成负压使液压油回流，回流时因轮毂3的内部具有较高的压力，迫使液压油从叶片中心孔73回流，抵消液压油的部分流动阻力，由于旁通孔71的位置较高，单向阀72可避免轮毂3中的空气从旁通孔71被吸入，从而避免液压油积存在轮毂3内；同时在减速刹车时，通过齿轮泵14控制注入或者抽回轮毂3内的液压油油量，刹车力度和泵入的油量相关联，油量越多，刹车力度越强，且滑跑速度越快，机轮旋转速度越快，液压油经过正反对转的固定叶轮7和随动叶轮5，产生的阻尼也越高，刹车力度越大，固定翼无人机停稳后，齿轮泵14反向运行，通过位于固定叶轮7最下方叶片内的叶片中心孔73，将液压油抽回油壶13，完成整个刹车流程；当固定翼无人机接地，因侧风影响或跑道条件不同，如跑道一边高一边低、有坑洞，地面涂刷的指示图案和跑道材质不同等条件，引起双侧刹车轮行程或摩擦系数不同，可能会引起偏航的情况，如发生这种情况，位于机体左右两侧的减速装置可分别注入或回收液压油，以此来分别调整刹车力度，纠正地面偏航现象。

本发明中液压油与轮毂3的接触面积大，可由将液压油高速扰动产生的热量及时导出，热量可通过轮毂外部的散热涡轮6散发；液压油注入轮毂3之后将内部空气压缩，气压增大之后提升了液压油的沸点，从而有效避免了液压油提前气化；整体结构简单易维护，取消现有固定翼无人机地面减速装置的刹车盘、刹车片、复位弹簧、液压总泵、液压分泵等部件，从而减轻无人机总重；无干性摩擦机构，整个刹车过程均无固体相互摩擦，刹车效果通过液压油传递力矩实现，避免轮胎着火或产生大量摩擦粉尘；通过左右两侧的减速系统分别注入或回收液压油，根据偏航情况单独调节每个机轮的刹车力度，从而纠正地面偏航现象。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。