一种小型飞行器起落架及其加工方法与流程

本发明涉及飞行器起落架，特别涉及一种小型飞行器起落架及其加工方法。

背景技术：

起落架是用于支撑飞行器机身的部件，飞行器的所有重量通过起落架作用在地面上。飞行器降落时，会有一个竖直向下的下沉速度，当起落架与地面接触时，起落架会受到地面很大的冲击。因此对起落架的强度以及缓冲能力具有较高的设计要求。此外，为了保证小型飞行器的载重能力，起落架整体的重量越小越好。

现有的小型飞行器的起落架一般采用实心复合材料制成，如专利号为2019214017453的中国专利所示，起落架架体为三层结构，包括第一连接层、第二连接层和支撑层。第一连接层和第二连接层由双向碳纤维布构成，支撑层由多根碳纤维丝束固定组成。

该起落架虽然具有较高的强度，但是整体重量大，单位质量所能承受的压力较小，结构较为复杂，加工复杂，缓冲能力较弱，仍具有较大的改进空间。并且，该起落架采用层叠的方式进行加工，无法加工出空心的起落架，使得起落架形成壳体结构，从而利用壳体结构增强起落架强度。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种小型飞行器起落架，重量较轻，单位质量所能承载的压力更大，加工简单，成本低，缓冲能力较强。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种小型飞行器起落架，包括架体，架体包括缓冲段和一体成型在缓冲段两端的机轮安装段，架体整体由碳纤维制成，架体内部设置有空腔，空腔沿架体两端之间的轮廓延伸。

通过上述技术方案，架体内设置内腔，使得架体截面中心为中空的。从材料力学上来说，中空的截面相对于实心截面在截面面积相同的情况下，可以在付出更小重量的前提下，获得具有更好的强度和刚度材料特性。在使用相同重量材料的情况下，空心的起落架架体的结构强度大于实心的起落架的结构强度。相应的，采用空心截面，在满足设计强度的情况下，可以减少起落架的整体重量。此外起落架采用中空结构，无需设置成多层，加工较为简单。此外，空腔设置后，使得架体形成壳体结构，架体受载时，形成架体的材料各处受力较为均匀，能够提升架体的强度和刚度。

优选的，空腔内填充有泡沫。

通过上述技术方案，泡沫填充在空腔内，能够提供一定的支撑作用，使架体在受到冲击时具有更高的结构强度和刚性。同时泡沫本身密度底，不会对架体的整体重量产生太大的影响。

优选的，架体和空腔截面均呈扁平多边形，使架体呈壳体结构，空腔上端和下端的两条边长度大于其他边的长度。

通过上述技术方案，架体和空腔截面呈扁平多边形，上端面和下端面之间的距离较小，飞行器飞行时，架体迎风面面积较小，飞行器飞行时，可以大大减小架体在飞行中产生的附加阻力。空腔上端和下端的两条边长度较长，可以增加承载纵向再和的面的面积，提高架体对于机身的承载能力。这样设置也使得架体截面在受到冲击时不易发生过大的变形，确保无人机在承载着陆载荷时，不会超出擦地角的限制。此外，架体截面呈扁平的多边形，自身也是一个升力体，在飞行器飞行时，可以提供一定的升力，抵消起落架自身的部分重量，提高飞行器的载重能力。

优选的，缓冲段截面为升力体截面，缓冲段上表面向上拱起的高度h1大于缓冲段下表面向下凸出的高度h2。

通过上述技术方案，升力体截面即在高速气流流经该截面上下表面时，流经上表面的气流流速大于流经下表面的气流流速。气流流速大，相应的该处静压小，使得缓冲段下表面静压大于上表面的静压，从而使得缓冲段在与高速气流接触时，能够产生升力，抵消架体自身的一部分重力，提高飞行器的载重能力。

优选的，缓冲段中部设置有收缩段，收缩段外侧为架体与机身的连接点。

通过上述技术方案，架体受到冲击时，不可避免的会发生变形、弯曲。连接点处的架体由于与机身进行连接，运动受到机身的限制，无法变形，从而导致连接点两端发生类似杠杆的运动，以连接点为支点，连接点一侧向上运动，另一侧向下运动。当架体端部受力时，机轮安装段相对于连接点向上移动，连接点处不动，缓冲段中部必然会略微的向下移动。在架体中部设置收缩段，可以便于架体中部的变形，通过变形吸收冲击，减少该处的应力，避免在架体受到冲击时架体中部由于变形导致破坏。

优选的，连接点处的架体向外凸出形成凸出部。

通过上述技术方案，连接点处向外凸出，可以对连接点处的结构进行增强，避免连接点处在飞行器落地时受到太大冲击发生破坏。

优选的，架体从两端向中部的收缩段外端逐渐增大。

通过上述技术方案，由于架体中部与机身固定，变形受到影响，不易通过变形对受到的冲击进行吸收，因此通过增加该处的宽度对该处的强度进行增强，提高抗冲击能力。

优选的，机轮安装段向缓冲段内侧方向弯折。

通过上述技术方案，机轮安装段在自然状态下向架体内侧弯折，当飞行器着陆接地时，起落架中部在机身重力以及冲击力的作用下，向下变形，使得架体从向上凸出状态变为向下凸出状态。此时，机轮安装段的弯折处也会向架体内侧移动，从而使得机轮安装段能与地面保持基本垂直，使得安装在架体端部的机轮的胎面能与地面完全贴合，避免机轮局部与地面接触，导致飞行器跑偏。

优选的，机轮安装段和缓冲段连接处设置有圆角。

通过上述技术方案，机轮安装段上端通过圆角与缓冲段连接，圆角可以避免弯折处应力过于集中，影响架体整体的承载能力。

本发明的另一个目的在于提供一种小型飞行器起落架的加工方法，包括以下步骤，a、依据起落架的空腔形状，对泡沫进行塑形加工，使加工后的泡沫和空腔(3)形状一致；b、在泡沫表面进行涂胶，并将碳纤维包裹在泡沫表面；c、重复涂胶、包覆多次，使碳纤维层达到所需厚度；d、将包裹了碳纤维的泡沫放入模具，模具合模，对起落架外形进行固定；e、将模具放入热压罐内，加热、加压进行固化成型。

通过上述技术方案，可以较为方便地对上述起落架进行加工，并且能够较好地保证起落架的外形和设计的外形一致。加工完成后，泡沫可以保留在起落架空腔内部，也可以通过加热的方式进行去除。

优选的，加热加压时，以模具进行控温，保持0.8~3.7mpa压力，以小于2℃/min的速率升温至80℃，保温40~80分钟；继续以小于2℃/min的速率升温至120℃，保温120分钟；以小于2℃降温至60℃以下出炉。

优选的，在升温至70~90℃以及在该温度下保温时，压力保持在0.8~3.7mpa，在升温至110~130℃以及在该温度下保温时，压力保持在3.3~3.7mpa。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过在架体内设置空腔，从而增强架体整体的弹性变形能力和抗冲击能力，同时提升架体整体的结构强度和刚性，使其具有较好的承载能力的同时具有较好的缓冲性能，并且减少材料的使用，减少架体重量。

附图说明

图1为实施例一的立体图；

图2为实施例一的俯视图；

图3为实施例一的主视图；

图4为实施例一的剖视图；

图5为实施例一的立体剖视图；

图6为实施例一的纵向截面示意图。

附图标记：1、架体；2、机轮安装段；3、空腔；4、收缩段；5、连接点；6、圆角；7、缓冲段；8、凸出部；9、泡沫。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图1~4所示，一种小型飞行器起落架，包括架体1，架体1包括缓冲段7和机轮安装段2，机轮安装段2一体成型在缓冲段7两端。缓冲段7处于机轮安装段2上方，缓冲段7和机轮安装段2之间通过圆角6进行连接。机轮安装段2朝向地面，用于安装机轮。缓冲段7从两端到缓冲段中部逐渐向上平缓倾斜凸起，整体呈弓形。

架体1整体由碳纤维制成，架体1内部设置有空腔3，缓冲段7和机轮安装段2内部均设置有空腔3，空腔3沿缓冲段7和机轮安装段2的轮廓延伸，使得空腔3整体呈几字形。空腔3设置后，架体1整体呈壳体结构，一方面壳体结构可以减少碳纤维的使用量，降低成本和重量；另一方面，采用空心截面相对于实心截面，从材料力学上而言，使用相同重量的材料时，整体结构强度更高，抗扭能力更强，提高架体的强度。此外采用壳体结构，架体1受力时，架体1各处材料受力较为均匀，能够进一步提高架体1强度。

如图5所示，架体1沿宽度方向的截面呈六边形，空腔3沿宽度方向的截面也呈六边形。空腔3的截面和架体1的截面相似，空腔3处于架体1中部，使得架体1各处的壁厚较为均匀。截面整体呈扁平状，截面上端的边的长度和下端的边的长度大于其他四条边的边长。这样设置，使得缓冲段7上表面和下表面具有较大的表面积，能够较好地增强缓冲段7的负载能力，提高架体1整体的承重能力。同时飞行时，架体1迎风面面积较小，产生的附加阻力较小。此外，扁平的架体1自身也是一个升力体，在飞行时，能够提供一定的升力，提高飞行器的载重能力。

缓冲段7中部设置有收缩段4，收缩段4外侧为架体和机身的连接点5。连接点5处通过紧固件安装在机身上。连接点5可以是通孔，从而可以供螺钉等穿过，固定在机身上。缓冲段7中部向内收缩，形成收缩段4，,收缩段4沿机身轴线方向的的宽度缩小。当该飞行器降落时，机轮安装段2与地面接触，受到冲击，机轮安装段2相对机身向上运动，相应的会带动连接段外侧的缓冲段7向上移动。由于连接点5与机身连接，无法发生移动，所以连接点5内侧的缓冲段7中部会在机轮安装段2的作用下以连接点5为支点向下摆动。收缩段4的宽度减少，架体1两端受到冲击时，该处容易发生变形，能够通过发生变形，对能量进行吸收，提升架体1的缓冲能力，避免在架体1中部由于受到较大的冲击而发生折断。

连接点5处的架体1向外凸出，形成凸出部8，凸出部8可以对连接点5处的结构强度进行增强，避免架体1该处由于设置了连接点5而导致该处结构强度降低，导致架体1受到冲击时在该处发生折断或者其他破坏。

架体1从两端向架体1中部的收缩段4外端逐渐增大。架体1截面面积越大，整体刚性越好，从而减少靠近连接点5的变形量，避免连接点5处的缓冲段7在受到冲击时向产生较大的变形导致折断。通过增加缓冲段7靠近连接点5处的截面面积，可以对架体1的变形量进行控制，使架体1的变形主要集中在缓冲段7的外侧，通过架体1的变形对冲击进行吸收，保证缓冲能力的前提下，避免缓冲段7中部发生破坏。

机轮安装段2和缓冲段7连接处通过圆角6进行连接，使得两者之间能够平滑过渡，不易产生应力集中。同时如图3所示，图3右侧的虚线为竖直方向的辅助线，机轮安装段2偏向缓冲段7中部机轮安装段2外侧面和竖直线之间存在夹角。这样设置，机轮与地面接触受到冲击时，缓冲段7向下运动，从而使得机轮安装段2上端也向缓冲段7中部方向偏，从而使得机轮安装段2能够尽可能地与地面垂直，使得机轮胎面能够更多地与地面贴合，使得飞行器滑跑降落时，机轮胎面受力更加均匀，方向更加稳定。

如图6所示，架体1的缓冲段7截面为升力体截面，缓冲段7上表面向上拱起的高度h1大于缓冲段7下表面向下凸出的高度h2。所述高度为缓冲段7表面最高点或者最低点到空腔3沿机身轴线方向前后两端连线的高度。架体1上表面和下表面这样拱起后，架体1上表面的凸起程度大于下表面的凸起程度，使得架体1下表面相对于上表面更加平缓。这样飞行器飞行时，气流流过空腔3上端的表面时，气流流速大于空腔下端表面的气流流速，使得架体1上侧的空气静压小于架体1下侧的空气静压，使得架体1在上下压差的作用下产生额外的升力，提高飞行器的载重能力。

实施例二，一种小型飞行器起落架的加工方法

一种小型飞行器起落架的加工方法：

1、先依据起落架内部空腔的形状，对泡沫进行塑形加工，使泡沫外形和空腔形状一致。对泡沫进行塑形加工时可以使用发泡模具进行加工，也可以实用切、磨等方式进行加工。

2、在泡沫表面进行涂胶，将碳纤维报过在泡沫表面。

3、重复涂胶、包裹碳纤维多次，使碳纤维层达到所需厚度。

4、将包裹了碳纤维的泡沫放入到模具内，模具合模，对架体外形进行固定，使其外表面形状与设计的形状一致。

5、将模具放入到热压罐内，加热、加压，使架体固化成型。加热加压时，将热压罐内的压力保持在1.2mpa，以小于2℃/min的速率升温至80℃，保温60分钟。然后升压至3.5mpa，以小于2℃/min的速率，升温至120℃，保温120分钟。以小于2℃/min的速率降温至60℃以下，压力降至常压出炉。

实施例三，一种小型飞行器起落架加工方法

一种小型飞行器起落架的加工方法：

1、先依据起落架内部空腔的形状，对泡沫进行塑形加工，使泡沫外形和空腔形状一致。对泡沫进行塑形加工时可以使用发泡模具进行加工，也可以实用切、磨等方式进行加工。

2、在泡沫表面进行涂胶，将碳纤维报过在泡沫表面。

3、重复涂胶、包裹碳纤维多次，使碳纤维层达到所需厚度。

4、将包裹了碳纤维的泡沫放入到模具内，模具合模，对架体外形进行固定，使其外表面形状与设计的形状一致。

5、将模具放入到热压罐内，加热、加压，使架体固化成型。加热加压时，将热压罐内的压力保持在3.5mpa，以小于2℃/min的速率升温至80℃，保温60分钟。压力保持在3.5mpa，以小于2℃/min的速率，升温至125℃，保温120分钟。以1℃/min的速率降温至常温，压力降至常压出炉。起落架成型后，架体1内部的泡沫9可以通过加热的方法进行去除，也可以使泡沫9保留在空腔3内。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。