浅谈太阳能飞机滑车起落架

马一元

长航时无人机属于一种比较复杂的无人机。为了追求最大的效费比，设计时应尽可能降低整机重量，提高其升阻比。从这一角度看，占飞机起飞总重量4%-6%、占结构重量10%-15%的起落架系统对于长航时无人机来说就成了额外的“负担”。因此，一些长航时无人机开始采用可分离的滑车起落架，如波音公司的氢动力长航时无人机“幻影眼”

“幻影眼”无人机采用滑车替代传统起落架。它的滑车有四个轮子，看起来就像一辆小型越野车，起飞时可辅助无人机滑跑，当达到一定速度后，便与飞机分离。抛弃了传统起落架的“幻影眼”有着更高的效费比和更长的巡航时间，性能得到很大提升。

全国“科研类”航空航天模型锦标赛（以下简称CADC比赛）中的太阳能飞机项目所用的模型与长航时无人机有很多共同点。由于该项目比赛要求空机重不超过3kg，且完全依靠太阳能电池产生的能量驱动飞机升空飞行，因此在整机设计中，结构重量成为必须解决的难题。而使用可分离的滑车起落架无疑是一种很好的解决方案，不仅能大幅减轻整机重量，还能提高飞行效率。早在2012年的赛场上，西工大航模队的太阳能飞机就开始采用滑车替代传统的起落架。

这种滑车起落架采用前三点布局，主体结构由碳纤维复合材料搭建。其锁定机构最初采用的是机械式插销结构：机翼中部下表面延伸出一个耳片，与滑车上对应位置的机构进行锁定，并通过舵机完成锁定-脱离动作。

这种机械锁定结构的最大优点是可靠性高，但在锁定时比较麻烦，需要精确对准插销位置。为此，在2015年CADC比赛中，西工大航模队对滑车进行了改进，尝试采用电磁铁进行锁定，即机翼下表面贴铁片，滑车上对应位置安装电磁铁，通过一个自制的开关电路来控制电磁铁的吸合与释放，同年，昌航航模队也采用了类似的锁定方式。这种锁定方式的优点是上锁方便快捷，且机翼上的机构能够平整地与机翼下表面贴合，不会破坏整机的气动外形。然而，机翼底面贴合的铁片比传统的耳片重，不利于减重工作。另外，在选取电磁铁的规格时，必须要留有一定的安全裕度，否则在滑跑過程中遇到阵风或颠簸，滑车有可能与飞机意外脱离，造成严重的事故。

观察近两年的CADC赛场上出现的滑车，各参赛队设计了很多有创意的结构。如西安交大航模队2014年的太阳能飞机采用了自行车轮式的滑车，其中主起落架采用盘式电机驱动，由电池板供电。这样一来，起落架也带有动力，对模型的顺利起飞帮助很大。2015年的CADC比赛中，北航、北理工、计量学院等高校开始采用可收折式滑车。其主体较高，在脱离的瞬间支撑结构会收折起来，为模型的起飞留出一定的安全高度。

近年CADC比赛太阳能飞机项目最难的就是起飞阶段，而这种折叠式滑车的优势明显，是未来滑车结构的重要发展方向之一。

相信，可分离的滑车起落架在今后的太阳能飞机项目中会得到更广泛的应用，期待在未来CADC赛场上能够涌现出更多更有新意的滑车。