CN104691748A - 炮射无人直升机及其展开方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种炮射无人直升机及其展开方法，提高无人机的突防和战场生存能力。本发明的技术方案包括：无人机本体，所述无人机本体尾部连接主旋翼转动轴和尾翼转动轴，所述主旋翼转动轴沿轴向开有贯穿孔，主旋翼转动轴通过主旋翼桨毂与主旋翼连接，尾翼转动轴与主旋翼转动轴同心，所述尾翼转动轴穿过主旋翼转动轴的轴向贯穿孔后，通过尾翼桨毂与尾翼连接，所述尾翼转动轴与主旋翼转动轴转动方向相反。

Description

炮射无人直升机及其展开方法

技术领域

本发明涉及直升机设计领域，尤其涉及一种炮射无人直升机及其展开方法。

背景技术

随着现代航空和电子技术的发展，无人机已经逐渐发展成熟并在最近几次现代高技术局部战争中大放异彩，但是由于中小型无人直升机飞行速度慢，飞行高度低，只适合对付没有防空能力的恐怖分子，在现代化的防空体系面前其突防和战场生存能力堪忧。其次，随着国内激光制导炮弹等精确火炮武器的发展和成熟，国内炮兵部队国内炮兵部队急需现代化无人机完成目标的侦察指示任务。由于激光制导原理本身的限制，负责指示任务的无人机必须在目标周围进行持续激光照射，并且激光本身受到大气环境的衰减和扭曲，照射无人机不能距离目标太远，这就对无人机本身的突防和战场生存能力提出了更高的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种炮射无人直升机及其展开方法，提高无人机的突防和战场生存能力。

本发明的技术方案：一种炮射无人直升机，包括：

无人机本体，所述无人机本体尾部连接主旋翼转动轴和尾翼转动轴，所述主旋翼转动轴沿轴向开有贯穿孔，主旋翼转动轴通过主旋翼桨毂与主旋翼连接，尾翼转动轴与主旋翼转动轴同心，所述尾翼转动轴穿过主旋翼转动轴的轴向贯穿孔后，通过尾翼桨毂与尾翼连接，所述尾翼转动轴与主旋翼转动轴转动方向相反；

折叠状态下，主旋翼向下贴合在无人机本体外侧，尾翼横向贴在尾翼桨毂外侧，无人机本体外侧用弹体外壳包裹；

展开状态下，弹体外壳打开剥离，主旋翼向上打开，主旋翼转动轴通过主旋翼桨毂带动主旋翼旋转，尾翼横向打开，尾翼转动轴通过尾翼桨毂带动尾翼朝与主旋翼转向相反的方向旋转。

进一步的，还包括：

减速伞，所述减速伞折叠安装在尾翼桨毂上，炮射无人直升机下落时，降落伞打开，尾翼打开时所述降落伞与尾翼桨毂分离。

此外，所述弹体外壳为至少两片，弹体外壳之间的结合部设置U形槽，所述U形槽内设置爆破炸药。

所述弹体外壳之间的结合部预设削弱槽。

一种炮射无人直升机展开方法，包括：

将炮射无人直升机通过炮管向预定区域发射；

无人直升机本体的飞控系统判断如果本机已到达预定区域上空，打开减速伞；

无人直升机本体的飞控系统判断如果本机已减到预定速度，抛掉减速伞，打开弹体外壳；

弹体外壳打开后，主旋翼向上打开，主旋翼转动轴通过主旋翼桨毂带动主旋翼旋转，尾翼横向打开，尾翼转动轴通过尾翼桨毂带动尾翼朝与主旋翼转向相反的方向旋转，本机进入直升机飞行模式。

本发明的有益效果：本发明采用创新的外形和折叠方法设计，减小无人直升机的体积，将无人直升机折叠于标准炮弹中，创新的使用火炮或者火箭炮发射到达战区，减小无人机的航程航时要求，提高无人机的突防和战场生存能力。

附图说明

图1为本发明炮射无人机主要部件图。

图2为本发明炮射无人机折叠状态图。

图3为本发明炮射无人机展开状态图。

图4为本发明炮射无人机的外壳图。

图5为本发明炮射无人机弹体外壳结合部剖视图。

图6为本发明炮射无人机尾部减速伞剖视图。

图7为本发明主旋翼101的挥舞和变距自由度示意图。

图8a为本发明炮射无人直升机飞行原理图一。

图8b为本发明炮射无人直升机飞行原理图二。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

1、本发明提供一种炮射无人直升机，如图1至图7所示：

炮射无人机主要包括以下系统：

主旋翼系统001：主旋翼系统001主要包括主旋翼101、挥舞铰102、变距铰103和主旋翼桨毂104。主旋翼101相当于矩形机翼，弦向剖面为翼型。挥舞铰102提供主旋翼101在挥舞方向的转动自由度，炮射无人直升机折叠在炮弹中时，主旋翼101绕挥舞铰102下垂于机身两侧；无人直升机飞行时，主旋翼101在升力和离心力的作用下绕挥舞铰102挥舞。变距铰103提供了主旋翼101在变距方向的转动自由度，使主旋翼101在自动倾斜器的控制下能够改变桨距（桨叶安装角）。由于炮射无人直升机采用复合材料桨叶，且工作时间较短，不设摆振铰以简化结构，减轻重量。

尾翼系统002：尾翼系统002主要包括尾翼201、尾翼转轴202和稳定尾翼桨毂203。在主旋翼101开始旋转后，尾翼201在动力装置的驱动下顺时针旋转，尾翼201在离心力的作用下，以尾翼转轴202为转轴展开，在空气阻力的作用下产生扭矩，以稳定主旋翼101的反扭矩，保持无人机的飞行姿态。

自动倾斜器系统003：自动倾斜器系统003包括变距拉杆301、自动倾斜器302和舵机拉杆303。

自动倾斜器302主要由动环、不动环和中心球轴承组成，能够通过变距拉杆301改变主旋翼101总距和周期变距，从而控制直升机的飞行。具体的工作原理：动环通过变距拉杆301与主旋翼101连接，拉动变距拉杆301，主旋翼101绕变距铰103偏转，改变主旋翼101的安装角，动环将同主旋翼101一起旋转。不动环通过推力轴承与动环连接，不动环通过舵机拉杆303与舵机连接，不动环不随主旋翼101旋转，当舵机推动不动环运动的时候，动环在不动环的推动下也将一起向任意方向倾斜或者上下运动。中心球轴承套在主旋翼轴上，连接主旋翼转动轴401和不动环，为不动环提供沿主旋翼转动轴401上下移动以及以球轴承球心为中心的旋转自动度。自动倾斜器可以实现两种运动模式，当所有舵机都向上或向下改变相同距离的时候，自动倾斜器302沿主旋翼转动轴401向上或者向下整体移动，相应的所有的主旋翼101将同时改变相同大小的安装角，也就增大或者减小了主旋翼101提供的升力。当左侧舵机向下运动，右侧舵机向上运动，则自动倾斜器302将绕中心球轴承的球心向左倾斜，当主旋翼101旋转一周时，主旋翼101的安装角（又称桨距）将周期性变化，先增大到某一个数值，然后下降到某一个数值，继而反复循环，示意图如下。相应的，主旋翼101旋转一周所受到的升力也将周期变化，先增大到某一数值，再下降到某一个数值，由升力导致的主旋翼挥舞角也同样周期变化，桨尖轨迹平面也将向某一侧倾斜，带动主旋翼拉力倾斜，主旋翼拉力的水平分量产生直升机前飞的推力。

动力系统004：动力系统004主要包括主旋翼系统的减速器和电动机，尾翼系统的减速器和电动机。通过减速箱驱动主旋翼和稳定尾翼正反向旋转，保持无人机的飞行。

电池系统005：电池系统005主要包括锂聚合物电池或者燃料电池，为机上设备提供电能。

飞控系统006：飞控系统006主要包括无人机的通讯和控制设备。控制无人机飞行并完成任务。

任务系统007：任务系统007主要包括摄像头等任务设备，完成侦察任务。

具体的设计特征包括：

无人机本体000，所述无人机本体尾部连接主旋翼转动轴401和尾翼转动轴402，所述主旋翼转动轴401沿轴向开有贯穿孔，主旋翼转动轴401通过主旋翼桨毂104与主旋翼101连接，尾翼转动轴402与主旋翼转动轴401同心，所述尾翼转动轴402穿过主旋翼转动轴401的轴向贯穿孔后，通过尾翼桨毂203与尾翼201连接，所述尾翼转动轴402与主旋翼转动轴401转动方向相反；

折叠状态下，主旋翼101向下贴合在无人机本体000外侧，尾翼横向201贴在尾翼桨毂203外侧，无人机本体000外侧用弹体外壳501\502\503包裹；

展开状态下，弹体外壳501\502\503打开剥离，主旋翼101向上打开，主旋翼转动轴401通过主旋翼桨毂104带动主旋翼101旋转，尾翼201横向打开，尾翼转动轴402通过尾翼桨毂203带动尾翼201朝与主旋翼101转向相反的方向旋转。

进一步的，本发明还包括减速伞507，所述减速伞折叠安装在尾翼桨毂203中，炮射无人直升机下落时，减速伞507打开，尾翼201打开时所述减速伞507与尾翼桨毂203分离。

所述弹体外壳501\502\503之间的结合部503\504设置U形槽510，所述U形槽510内设置爆破炸药509.所述弹体外壳之间的结合部预设削弱槽511。

本发明提供的炮射无人直升机展开方法，包括：

1、将炮射无人直升机通过炮管向预定区域发射；

2、无人直升机本体的飞控系统006判断如果本机已到达预定区域上空，打开减速伞；飞控系统006可以通过GPS、北斗等全球卫星定位系统获得本机位置，也可以通过计算本机发射后的时间获得本机位置，因为本机离开炮管后就按预定的抛物线轨道飞行，还可以通过加速度陀螺仪和惯性导航仪确定本机的位置。飞控系统006发出打开减速伞的指令后，引爆折叠的减速伞507下的推出炸药508，将后盖506炸开，将减速伞507推出，减速伞507被推出后将在空气阻力的作用下打开，减小无人直升机的飞行速度。

3、无人直升机本体的飞控系统006判断如果本机已减到预定速度，抛掉减速伞，打开弹体外壳501\502\503；飞控系统006可以通过GPS、北斗等全球卫星定位系统获得本机速度，还可以通过加速度陀螺仪和惯性导航仪确定本机的速度。弹体外壳501\502\503的结合部503\504设置U形槽510和预设削弱槽511，所述U形槽510内设置爆破炸药509.飞控系统006发出打开弹体外壳的指令后引爆U型槽510中的爆破炸药509，弹体外壳501\502\503将沿结合部的预设削弱槽511断裂，在空气阻力的作用下从本机分离。

4、弹体外壳501\502\503打开后，主旋翼101向上打开，主旋翼转动轴通401过主旋翼桨毂104带动主旋翼101旋转，尾翼201横向打开，尾翼传动轴402通过尾翼桨毂203带动尾翼201朝与主旋翼101转向相反的方向旋转，本机进入直升机飞行模式。

所述炮射无人直升机的飞行原理如下：

炮射无人直升机进入直升机模式后，依靠主旋翼101提供飞行所需的升力和平飞所需的侧向力，尾翼201负责提供反扭矩，保持无人直升机平衡。其飞行原理与普通直升机相同，如图8a、b所示。

主旋翼101展开后，当主旋翼101连续旋转时直观地看，形成一个倒立的锥体，称为旋翼锥体，同时在桨叶上产生向上的升力。当升力超过重力时，直升机即铅垂上升；若升力与重力平衡，则悬停于空中；若升力小于重力，则向下降落。拉力的改变靠调节桨叶桨距来实现。

炮射无人直升机的平飞依靠升力倾斜所产生的水平分量来实现。例如，欲向前飞，经过操纵系统，自动倾斜器202使主旋翼101的桨距作周期性变化，每个主旋翼101转到前进方向时，它的桨距减小，产生的拉力也跟着下降，该主旋翼101向上挥舞的高度也减小；反之，当主旋翼101转到后方时，它的桨距增大，产生的拉力也跟着增加，该主旋翼101向上挥舞的高度也增大。结果，各个主旋翼101的桨尖运动轨迹构成的叶端轨迹平面或旋翼锥体，将向飞行前进方向倾斜，产生向前的拉力，将炮射无人直升机拉向前进。由于炮射无人直升机外形是轴对称的，可以不改变指向而向任意方向前飞。

Claims (5)

1.一种炮射无人直升机，其特征在于，包括：

无人机本体，所述无人机本体尾部连接主旋翼转动轴和尾翼转动轴，所述主旋翼转动轴沿轴向开有贯穿孔，主旋翼转动轴通过主旋翼桨毂与主旋翼连接，尾翼转动轴与主旋翼转动轴同心，所述尾翼转动轴穿过主旋翼转动轴的轴向贯穿孔后，通过尾翼桨毂与尾翼连接，所述尾翼转动轴与主旋翼转动轴转动方向相反；

折叠状态下，主旋翼向下贴合在无人机本体外侧，尾翼横向贴在尾翼桨毂外侧，无人机本体外侧用弹体外壳包裹；

展开状态下，弹体外壳打开剥离，主旋翼向上打开，主旋翼转动轴通过主旋翼桨毂带动主旋翼旋转，尾翼横向打开，尾翼转动轴通过尾翼桨毂带动尾翼朝与主旋翼转向相反的方向旋转。

2.如权利要求1所述的炮射无人直升机，其特征在于，还包括：

减速伞，所述减速伞折叠安装在尾翼桨毂上，炮射无人直升机下落时，降落伞打开，尾翼打开时所述降落伞与尾翼桨毂分离。

3.如权利要求1所述的炮射无人直升机，其特征在于，

所述弹体外壳为至少两片，弹体外壳之间的结合部设置U形槽，所述U形槽内设置爆破炸药。

4.如权利要求3所述的炮射无人直升机，其特征在于，

所述弹体外壳之间的结合部预设削弱槽。

5.一种炮射无人直升机展开方法，其特征在于，包括：

将炮射无人直升机通过炮管向预定区域发射；

无人直升机本体的飞控系统判断如果本机已到达预定区域上空，打开减速伞；

无人直升机本体的飞控系统判断如果本机已减到预定速度，抛掉减速伞，打开弹体外壳；

弹体外壳打开后，主旋翼向上打开，主旋翼转动轴通过主旋翼桨毂带动主旋翼旋转，尾翼横向打开，尾翼转动轴通过尾翼桨毂带动尾翼朝与主旋翼转向相反的方向旋转，本机进入直升机飞行模式。