一种基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法

摘要

本发明涉及一种基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，在现有起落架缓冲器的基础上，将在活塞杆上支撑的外表面沿周向均匀设置多个贯通的凹槽；在缓冲器外筒的内表面沿周向设置多个与所述凹槽对应的凸起；所述凸起位于缓冲器行程段；由功量曲线获取现有起落架缓冲器的油峰F1和气峰F2，调整油峰F1所处行程附近的缝隙的面积An，直至油峰F1与气峰F2相当；计算功量曲线上油峰F1和气峰F2之间的最低值F0，如果F0显著小于F1和F2，则减小F0所处行程附近的缝隙的面积An；计算缓冲器效率，如果满足要求则确定缓冲器外筒上的凸起尺寸。本发明的方案在较小的设计空间内实现了变油孔设计，在小型飞行器起落架高效率缓冲器设计上有着较好的优化效果。

权利要求

1.一种基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在现有起落架缓冲器的基础上，将在活塞杆上支撑(105)的外表面沿周向均匀设置多个贯通的凹槽；

(2)在缓冲器外筒(4)的内表面沿周向设置多个与所述凹槽对应的凸起；所述凸起位于缓冲器行程段；

(3)获取起落架缓冲器的功量曲线，由功量曲线获取现有起落架缓冲器的油峰F1和气峰F2，当油峰F1大于气峰F2时，增大油峰F1所处行程附近的缝隙的面积An，当油峰F1小于气峰F2时，减小油峰F1所处行程附近的缝隙的面积An，直至油峰F1与气峰F2相当；

(4)计算功量曲线上油峰F1和气峰F2之间的最低值F0，如果F0显著小于F1和F2，则减小F0所处行程附近的缝隙的面积An；

(5)计算缓冲器效率是否满足要求，如果满足要求则确定缓冲器外筒(4)上的凸起尺寸；如果不满足要求，则返回步骤(3)；

F0显著小于F1和F2，是指F0小于F1和F2中较大值的90％至95％；

计算缓冲器效率的方法为：功量曲线下端包络的面积与最大载荷和最大行程组成的矩形面积之比；

在缓冲器外筒上，沿周向设置数道凸起，同时在活塞杆上支撑上设置相应数目的凹槽，凸起与凹槽相配合，形成缝隙，即为回油腔油孔；使活塞杆上支撑的凹槽配合形成的缝隙在轴向上面积或形状不同，实现回油腔变油孔设计。

2.如权利要求1所述的基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，其特征在于，有一个或若干个凹槽与凸起完全匹配，无油缝，用于活塞杆上支撑(105)与缓冲器外筒(4)之间的周向定位。

3.如权利要求1或2所述的基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，其特征在于，获取现有起落架缓冲器的功量曲线通过仿真获得。

4.如权利要求1或2所述的基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，其特征在于，缓冲器外筒(4)确定后采用3D打印方式制作。

5.如权利要求1或2所述的基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，其特征在于，行程附近为总行程的5％至20％。

说明书

一种基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，属于飞行器设计领域。

背景技术

[0002] 缓冲器是所有现代起落架必备的通用部件，其功能在于吸收飞机着陆和滑行期间的动能，其吸收动能大小的程度，应使作用于飞机结构的加速度减到某一允许的水平。

[0003] 目前广泛采用的起落架缓冲器为油气式缓冲器。油气式缓冲器具有较高的效率和较好的功量吸收能力：通过压缩空气储存能量，通过控制油液以一定的速度流经节流孔阻尼吸收和消耗能量。

[0004] 着陆缓冲时，缓冲器在不同的压缩行程时，对节流孔阻尼的需求不尽相同,在缓冲器中常设置变截面油针，配合相应的油孔，实现不同压缩位置状态下具有不同阻尼。由于小型飞行器其起落架及缓冲器通常较小，不易于在其缓冲器内部设置变截面油针，常采用简单的定油孔设计方法，其缓冲器效率及吸收的功量受限。为此，提出了在不易于布置油针的缓冲器中实现变阻尼的设计需求，如何提高缓冲器效率及吸收的功量是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，该方法基于在缓冲器回油腔设置变油孔来实现变阻尼效果，解决了在不易于布置油针的缓冲器中实现变阻尼的问题。

[0006] 本发明目的通过如下技术方案予以实现：

[0007] 提供一种基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，包括如下步骤：

[0008] (1)在现有起落架缓冲器的基础上，将在活塞杆上支撑的外表面沿周向均匀设置多个贯通的凹槽；

[0009] (2)在缓冲器外筒的内表面沿周向设置多个与所述凹槽对应的凸起；所述凸起位于缓冲器行程段；

[0010] (3)获取起落架缓冲器的功量曲线，由功量曲线获取现有起落架缓冲器的油峰F1和气峰F2，当油峰F1大于气峰F2时，增大油峰F1所处行程附近的缝隙的面积An，当油峰F1小于气峰F2时，减小油峰F1所处行程附近的缝隙的面积An，直至油峰F1与气峰F2相当；

[0011] (4)计算功量曲线上油峰F1和气峰F2之间的最低值F0，如果F0显著小于F1和F2，则减小F0所处行程附近的缝隙的面积An；

[0012] (5)计算缓冲器效率是否满足要求，如果满足要求则确定缓冲器外筒上的凸起尺寸；如果不满足要求，则返回步骤(3)。

[0013] 优选的，有一个或若干个凹槽与凸起完全匹配，无油缝，用于活塞杆上支撑(105)与缓冲器外筒(4)之间的周向定位。

[0014] 优选的，获取现有起落架缓冲器的功量曲线通过仿真获得。

[0015] 优选的，计算缓冲器效率的方法为：功量曲线下端包络的面积与最大载荷和最大行程组成的矩形面积之比。

[0016] 优选的，缓冲器外筒(4)确定后采用3D打印方式制作。

[0017] 优选的，行程附近为总行程的5％至20％。

[0018] 优选的，F0显著小于F1和F2，是指F0小于F1和F2中较大值的90％至95％。

[0019] 本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0020] (1)本发明在现有缓冲器的基础上改进活塞杆上支撑和缓冲器外筒，即实现了缓冲器效率的提高，吸收功量的增大，改进简单有效，适合在小型飞行器起落架上推广应用。

[0021] (2)本发明仅限定了缝隙面积，不同凹槽的形状与大小可根据需求进行分别设计，也可设计成相同形状大小，可以采用3D打印等方法制作，设计灵活，加工方便。

[0022] (3)本发明通过对油缝的参数化设置，能够快速的调整起落架缓冲器的功量曲线，便于优化回游腔变油孔，措施简单有效。

附图说明

[0023] 图1为缓冲器轴测图；

[0024] 图2为本发明的缓冲器全剖示意图；

[0025] 图3为本发明缓冲器轴测全剖示意图；

[0026] 图4为活塞杆组件分解示意图；

[0027] 图5为外筒轴测剖视图；

[0028] 图6为活塞杆上支撑示意图；

[0029] 图7为缓冲器压缩状态示意图；

[0030] 图8为一种典型的起落架缓冲器功量图。

具体实施方式

[0031] 下面将结合附图对本发明的做进一步的详细描述。

[0032] 本发明基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法，参见图1-3，所述的缓冲器由外筒4、活塞杆组件1、下轴套3、端盖组成2，四者同轴，活塞杆组件1的一部分在外筒4内部，一部分伸出外筒4，由下轴套3和端盖2限制活塞杆组件1，使其不至于脱出外筒4。下轴套3和端盖2与外筒4通过机械连接为一体。

[0033] 缓冲器内部充填有油液与气体，活塞杆组件1与在不承受外载情况下，缓冲器受内部气体压力影响，处于全伸长状态，此时活塞杆组件1与下轴套3相接触。在受外载时，当载荷超过缓冲器内部初始充压压力与气压作用面积之积时，缓冲器被压缩，此时活塞杆组件1与下轴套3脱开，如图7所示。本专利涉及的缓冲器仅承受轴向力，缓冲支柱轴向力通常分为三个部分：空气弹簧力fa、油液阻尼力fd和摩擦力ff，此外，在缓冲支柱全伸长和全压缩状态下，还存在结构限制力，其中：

[0034]

[0035]

[0036]

[0037] Aa      缓冲器气室有效压气面积；

[0038] P0      缓冲器初始充气压力；

[0039] Patm    当地大气压；

[0040] μm      皮碗当量摩擦系数；

[0041] ν       空气压缩多变指数；

[0042] ρ       油液密度；

[0043] Ah      缓冲器有效压油面积；

[0044] Ad、Ad1   正反行程时主油孔面积；

[0045] Cd、     分别为正、反行程时主油孔缩流系数；

[0046] Cd1

[0047] Ahs、    分别为回油腔有效压油面积和油孔缩流系数；

[0048] Cds

[0049] An、An 1 分别是正、反行程时回油腔油孔总面积；

[0050] μb      库仑摩擦系数；

[0051] 外筒4上部设置有相应的机械接口，与起落架其他结构件连接，外筒内部设置有数道凸起，与活塞杆上支撑105上的凹槽相对应。

[0052] 参见图4，活塞杆组件由缓冲器活塞杆101、油孔板104、阻尼控制板103、控制板限位块102、活塞杆上支撑105组成。活塞杆下端设置有相应机械接口，与起落架其他结构件连接。活塞杆上端与油孔板104、阻尼控制板103、控制板限位块与上支撑环装配在一起，在压缩或伸长时同步运动。其中阻尼控制板103位于油孔板104与控制板限位块102之间，可在两者之间上下小范围移动。在缓冲器压缩或伸长时，阻尼控制板103在活塞杆上处于不同的位置，从而使正、反行程中主油腔的油孔面积不同。具体的做法是，在正行程(缓冲器压缩)时，阻尼控制板103与控制板限位块102相贴合，主油孔为油孔板104上所有油孔；在反行程(缓冲器伸长)时，阻尼控制板103与油孔板104相贴合，遮蔽油孔板104上部分油孔，反行程主油腔的油孔为油孔板104上部分油孔。油孔板104上有若干油孔，在缓冲器压缩或伸长时，部分油液流过此孔，产生部分油液阻尼力。控制板限位块102是限制阻尼控制板103位置，使其在限定范围内运动的挡块，与油孔板104机械安装在一起。活塞杆上支撑105安装于活塞杆101上部，设置有数道与外筒4凸起对应的凹槽，参见图6，缓冲器压缩或伸长时，部分油液流过凹槽与凸台402形成的油缝，产生部分油液阻尼力。

[0053] 下轴套3与端盖2与外筒4机械连接，提供密封与限至活塞杆全伸长位置的作用。

[0054] 本发明核心部分在于活塞杆上支撑105与外筒4之间形成的回油腔变阻尼油缝。在全伸长时，通过活塞杆上支撑105凹槽与缓冲器外筒凸起402配合形成若干道油缝，随着缓冲器压缩/伸长行程的变化，活塞杆上支撑105恒定的凹槽与缓冲器外筒变化的凸起402形成的油缝在变化，从而实现回油腔变阻尼效果。

[0055] 具体的做法是：在缓冲器外筒4上，沿周向设置数道凸起，同时在活塞杆上支撑105上设置相应数目的凹槽。凸起402与凹槽相配合，形成缝隙，即为回油腔油孔，在本发明中称之为油缝。其中外筒4上的凸起与活塞杆上支撑105的凹槽有一个或若干个(按设计情况而定)相匹配，用于定位，不留油缝，从而限制活塞杆的轴向转动，避免其他油缝在缓冲器运动中可能出现设计外的面积大小变化，如图5中401所示。活塞杆上支撑105上的每个凹槽的形状与大小在上支撑轴向长度上恒定。不同凹槽的形状与大小可根据需求进行分别设计，也可设计成相同形状大小。缓冲器外筒4上的凸起根据对应的活塞杆上支撑105凹槽进行设计，凸起在缓冲器外筒4轴向长度上大小或形状根据需求设计成不同大小，从而使活塞杆上支撑105凹槽配合形成的油缝在轴向上面积或形状不同，实现回油腔变油孔设计。

[0056] 基于回油腔变油孔的起落架缓冲器设计方法包括如下步骤：

[0057] (1)在现有起落架缓冲器的基础上，将在活塞杆上支撑105的外表面沿周向均匀设置多个贯通的凹槽；

[0058] (2)在缓冲器外筒4的内表面沿周向设置多个与所述凹槽对应的凸起；所述凸起位于缓冲器行程段；

[0059] (3)获取现有起落架缓冲器的功量曲线，由功量曲线获取现有起落架缓冲器的油峰F1和气峰F2，参见图8，当油峰F1大于气峰F2时，增大油峰F1所处行程附近的缝隙的面积An，当油峰F1小于气峰F2时，减小油峰F1所处行程附近的缝隙的面积An，直至油峰F1与气峰F2相当；

[0060] (4)计算功量曲线上油峰F1和气峰F2之间的最低值F0，如果F0显著小于F1和F2，则减小F0所处行程附近的缝隙的面积An；

[0061] (5)计算缓冲器效率是否满足要求，如果满足要求则确定缓冲器外筒4上的凸起尺寸；如果不满足要求，则返回步骤(3)。

[0062] 本发明的工作原理同样可根据需求应用于其他行业的油液缓冲器中。

[0063] 以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

[0064] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。