面向分体式飞行汽车对接锁定的机电系统设计与验证

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230894

摘要/Abstract

摘要：

采用“型面滑动导引+多点锁定”的思想设计对接机构的方案，依据捕获域理论和动力学仿真进行对接过程的静态/动态分析，建立缩比试验平台并进行多科目的对接锁定试验，验证了分体式飞行汽车对接的可靠性、稳定性和快速性。通过控制通信系统与机械导引，分体式飞行汽车能够完成水平偏差 $± 100$ mm、航向偏差 $± 5 °$ 条件下的位姿校正并实现可靠的多点对接锁紧，试验结果表明：该对接系统能够准确、稳定和快速地进行模态切换。

关键词: 机械设计及理论, 分体式飞行汽车, 机电系统, 模块化设计, 捕获域

Abstract:

The design of the docking and locking system scheme adopted the concept of "profile sliding guidance + multi-point locking". Static and dynamic analyses of the docking process were conducted using the capture domain theory and dynamic simulations. A scaled-down experimental platform was established for multi-objective docking and locking tests， thus confirming the reliability， stability， and speed of the modular flying vehicle. By controlling the communication system and mechanical guidance， the modular flying vehicle can achieve pose correction under conditions of horizontal deviation within a range of $± 10$ mm and heading deviation within a range of ±5 degrees. Experimental results indicate that this docking system ensures the accuracy， stability， and swiftness of module transitions during modal switching.

Key words: mechanical design and theory, modular flying vehicle, electromechanical system, modular design, capture domain

中图分类号:

TH122

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图/表 23

图1

表1

对接系统设计要求"

参数名称	参数数值
对接前水平容许偏差/mm	$± 100$ mm
对接前航向容许偏差/（°）	$± 5$
对接速度/（mm·s^-1）	$≤ 80$
锁定/解锁时间/s	$≤ 10$
飞行-客舱间机构总质量/kg	$≤ 25$
客舱-地面间机构总质量/kg	$≤ 25$

表1

图2

表2

图3

图4

图5

表3

对接机构参数设置"

参数	数值	参数	数值
$D 1$ /mm	700	$H 2$ /mm	110
$β 1$ /（°）	60°	$h 1$ /mm	200
$H 1$ /mm	210	$h 2$ /mm	50
壁厚/mm	10	$β 2$ /（°）	60°
$L 1$ /mm	350	$l 1$ /mm	150
$L 2$ /mm	400	$l 2$ /mm	70

表3

图6

图7

表4

乘客舱与地面行驶模块间的对接机构参数"

参数	数值	参数	数值
$H 3$ /mm	300	$β 3$ /（°）	60
$D 2$ /mm	840	$H 5$ /mm	200
$D 3$ /mm	700	$D 4$ /mm	170
$H 4$ /mm	250	$H 6$ /mm	270

表4

图8

图9

图10

图11

图12

图13

图14

图15

图16

图17

表5

图18

参考文献 16

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	飞行-客舱间	客舱-地面间
布局	中央机构	中间机构+周边机构
机械导引方式	圆台型面	中间机构圆台型面
锁定方式	丝杆锁爪	锁紧滑块（插销原理）、锁紧瓣（过盈配合）
功能	连接为飞行模态	连接为地面模态

	锁爪/ 锁紧瓣	锁爪平均受力/N
	锁爪/ 锁紧瓣	第一次	第二次	第三次
飞行- 客舱间	一	497.15	519.10	483.16
	二	491.62	486.25	458.45
	三	493.04	445.70	516.61
	四	482.85	496.04	493.66
周边机构	一	198.88	202.55	179.45
	二	210.66	178.48	181.14
	三	197.26	169.55	200.81
	四	211.91	259.61	224.54