淺談太陽能飛機滑車起落架

馬一元

長航時無人機屬于一種比較復雜的無人機。為了追求最大的效費比，設計時應盡可能降低整機重量，提高其升阻比。從這一角度看，占飛機起飛總重量4%-6%、占結構重量10%-15%的起落架系統對于長航時無人機來說就成了額外的“負擔”。因此，一些長航時無人機開始采用可分離的滑車起落架，如波音公司的氫動力長航時無人機“幻影眼”

“幻影眼”無人機采用滑車替代傳統起落架。它的滑車有四個輪子，看起來就像一輛小型越野車，起飛時可輔助無人機滑跑，當達到一定速度后，便與飛機分離。拋棄了傳統起落架的“幻影眼”有著更高的效費比和更長的巡航時間，性能得到很大提升。

全國“科研類”航空航天模型錦標賽（以下簡稱CADC比賽）中的太陽能飛機項目所用的模型與長航時無人機有很多共同點。由于該項目比賽要求空機重不超過3kg，且完全依靠太陽能電池產生的能量驅動飛機升空飛行，因此在整機設計中，結構重量成為必須解決的難題。而使用可分離的滑車起落架無疑是一種很好的解決方案，不僅能大幅減輕整機重量，還能提高飛行效率。早在2012年的賽場上，西工大航模隊的太陽能飛機就開始采用滑車替代傳統的起落架。

這種滑車起落架采用前三點布局，主體結構由碳纖維復合材料搭建。其鎖定機構最初采用的是機械式插銷結構：機翼中部下表面延伸出一個耳片，與滑車上對應位置的機構進行鎖定，并通過舵機完成鎖定-脫離動作。

這種機械鎖定結構的最大優點是可靠性高，但在鎖定時比較麻煩，需要精確對準插銷位置。為此，在2015年CADC比賽中，西工大航模隊對滑車進行了改進，嘗試采用電磁鐵進行鎖定，即機翼下表面貼鐵片，滑車上對應位置安裝電磁鐵，通過一個自制的開關電路來控制電磁鐵的吸合與釋放，同年，昌航航模隊也采用了類似的鎖定方式。這種鎖定方式的優點是上鎖方便快捷，且機翼上的機構能夠平整地與機翼下表面貼合，不會破壞整機的氣動外形。然而，機翼底面貼合的鐵片比傳統的耳片重，不利于減重工作。另外，在選取電磁鐵的規格時，必須要留有一定的安全裕度，否則在滑跑過程中遇到陣風或顛簸，滑車有可能與飛機意外脫離，造成嚴重的事故。

觀察近兩年的CADC賽場上出現的滑車，各參賽隊設計了很多有創意的結構。如西安交大航模隊2014年的太陽能飛機采用了自行車輪式的滑車，其中主起落架采用盤式電機驅動，由電池板供電。這樣一來，起落架也帶有動力，對模型的順利起飛幫助很大。2015年的CADC比賽中，北航、北理工、計量學院等高校開始采用可收折式滑車。其主體較高，在脫離的瞬間支撐結構會收折起來，為模型的起飛留出一定的安全高度。

近年CADC比賽太陽能飛機項目最難的就是起飛階段，而這種折疊式滑車的優勢明顯，是未來滑車結構的重要發展方向之一。

相信，可分離的滑車起落架在今后的太陽能飛機項目中會得到更廣泛的應用，期待在未來CADC賽場上能夠涌現出更多更有新意的滑車。