无人机起落架液压系统设计

王晓东，马 颖

(中航飞机起落架有限责任公司工程技术研究中心，长沙410200)

0 引言

无人机起落架是无人机的起飞着陆装置，其主要功用是保证无人机起飞、着陆、滑跑和停放，吸收着陆及地面运动时产生的撞击和跳动能量，改善无人机起飞着陆性能。文中所述无人机起落架采用前三点式结构，包括前起落架和左、右主起落架，如图1所示，同时起落架需具备收放(系统)功能和刹车(系统)功能。起落架收放系统方案要求为前起落架与前起落架舱门联动，在上下位置需要保证可靠锁定，主起落架与主起落架舱门分别独立驱动，并分别在上下位置需要保证可靠锁定；起落架刹车系统方案要求为在恒定作用力下实现安全可靠刹车。目前无人机起落架收放和刹车控制系统主要有液压系统和电动系统两种。电动系统容易受重量/功率比限制，成本高，特别是在多执行元器件时重量较大，而液压系统技术更成熟，成本低，执行元器件可共用动力源。本文设计了一种起落架液压系统，液压控制阀采用集成化设计(现在大部分液压系统控制阀为分体式安装)，工艺堵头选用某公司膨胀式管堵，使得系统重量轻，液压管路布局简单，方便管理。

图1 无人机起落架布局图

1 起落架液压系统工作原理

根据上述起落架收放和刹车系统方案要求，拟定起落架液压系统工作原理如图2 所示。

图2 液压系统工作原理图

1.1 液压收放系统

起落架收放系统的一个放下工作时序逻辑为：主起落架舱门开锁(主起落架舱门开锁作动筒伸出)→主起落架舱门放下(主起落架舱门收放作动筒伸出)→主起落架放下(主起落架收放作动筒伸出)→前起落架放下(前起落架收放作动筒伸出)。

起落架收放系统的一个收上工作时序逻辑为：主起落架收上(主起落架收放作动筒收回)→前起落架收上(前起落架收放作动筒收回)→主起落架舱门收上(主起落架舱门收放作动筒收回)。

(1)主起落架舱门开锁及放下：主起落架舱门放下电磁阀1 得电，高压油进入左、右主起落架舱门上位锁作动筒9、10 无杆腔，同时通过液控单向阀17进入左、右主起落架舱门收放作动筒11、12 无杆腔，并通过主起落架舱门收上电磁阀2 回油，左、右主起落架舱门上位锁打开后，左、右主起落架舱门收放作动筒活塞杆伸出到位，主起落架舱门放下，液控单向阀17 将主起落架舱门锁定在放下位置；

(2)前、主起落架放下：主起落架舱门放下到位后，主起落架舱门放下电磁阀断电，起落架放下电磁阀3 得电，高压油进入前起落架收放作动筒15、左、右主起落架收放作动筒7、8 无杆腔，并通过起落架收上电磁阀4 回油，前、主起落架收放作动筒活塞杆伸出到位，前、主起落架放下，前起落架及左、右主起落架收放作动筒集成下位机械锁定功能；

(3)前、主起落架收上：起落架收上电磁阀4 得电，高压油进入前起落架收放作动筒15、左、右主起落架收放作动筒7、8 有杆腔，并通过起落架放下电磁阀3 回油，前、主起落架收放作动筒活塞杆缩回到位，前、主起落架收上，前起落架及左、右主起落架收放作动筒集成上位机械锁定功能；

(4)主起落架舱门收上：前、主起落架收上后，起落架收上电磁阀4 断电，主起落架舱门收电磁阀2得电，高压油进入左、 右主起落架舱门收放作动筒11、12 有杆腔，同时将液控单向阀17 反向导通，并通过主起落架舱门放下电磁阀回油，左、右主起落架舱门收放作动筒活塞杆缩回到位，主起落架舱门上位锁随动上锁，主起落架舱门收上。

1.2 液压刹车系统

高压油通过刹车减压阀5 实现恒定减压，当执行刹车动作时，刹车启停阀6 得电，高压油进入左、右主起落架刹车缸13、14，开始刹车；刹车完成后刹车启停阀断电，刹车缸泄压，刹车停止。

2 液压控制阀集成设计

该无人机起落架特点为重量轻和经济性要求高。根据上述特点和技术参数，经过与各成品厂家沟通，所有液压控制阀选用某公司小型化成品螺纹插装阀，并进行了集成化设计，液压集成阀结构图如图3 所示［1］。

阀座是液压控制元器件的安装平台，同时也是油路沟通的渠道，安装有电磁换向阀、刹车减压阀、液控单向阀、回油单向阀以及液压接头等。

为了达到减重目的，阀座材料选用7A09 锻件，表面进行硫酸阳极化处理，以增强防腐能［2］。工艺孔堵头选用某公司的铝堵头，质量轻，承压高、占用体积小，可拆卸，无需胶圈密［3］。

图3 液压集成阀结构图

3 液压系统特点介绍

(1)该起落架系统集成收放和刹车功能，可满足一般小型无人机对起落架液压系统的功能和性能要求。

(2)在刹车系统中，系统高压油经过减压阀减到一定压力，在刹车启停阀得电后可实现快速刹车，响应时间快。

(3)所有液压控制阀采用集成化设计，简化管路，减轻重量和泄漏点，提高了系统可靠性，方便管理。

(4) 回油单向阀的功能为将起落架液压系统与其他液压系统隔离，防止系统之间相互干涉。

(5)由于左、右主起落架舱门收放作动筒结构限制，内置放下位机械锁难度大，而如果采用放下位系统保压时，当起落架开始放下时由于主起落架舱门和起落架外载的关系会存起主起落架舱门关闭的情况，故在主起落架舱门放下时系统设置有液控单向阀。

4 液压系统仿真验证

利用AMESim 软件进行仿真设计如下：

4.1 起落架液压系统放下仿真

(1)起落架液压系统放下仿真模型如图4 所示。

图4 起落架液压系统放下仿真模型

(2) 起落架液压系统放下逻辑时序仿真结果如图5 所示，其中横坐标为时间，纵坐标为作动筒伸出行程。

图5 起落架液压系统放下时序仿真结果

从仿真结果可以看出，主起落架舱门开锁作动筒伸出→主起落架舱门收放作动筒伸出→主起落架收放作动筒伸出→前起落架收放作动筒伸出，起落架放下工作时序逻辑合理。

4.2 起落架液压系统收上仿真

(1)起落架液压系统收上仿真模型如图6 所示。

图6 起落架液压系统收上仿真模型

(2)起落架液压系统收上逻辑时序仿真结果如图7 所示，其中横坐标为时间，纵坐标为作动筒收回行程。

图7 起落架液压系统收上时序仿真结果

从仿真结果可以看出，主起落架收放作动筒收回→前起落架收放作动筒收回→主起落架舱门收放作动筒收回，起落架收上工作时序逻辑合理。

4.3 起落架刹车液压系统仿真

起落架刹车液压系统仿真模型见图4、 图6，仿真结果如图8 所示，其中横坐标为时间，纵坐标为刹车缸无杆腔压力。

图8 起落架系统刹车仿真结果

从仿真结果可以看出，刹车过程中液压系统可以为刹车缸提供稳定的恒压刹车压力。

5 结束语

该液压系统满足了小型无人机起落架的使用要求，经济成本低，重量轻，安装和维护方便，已在某无人机飞机上得到了验证，可在无人机起落架液压系统设计中借鉴。