CN106516149A - 飞行器电磁弹射系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种飞行器电磁弹射系统及方法，属于飞行器技术领域。该飞行器电磁弹射系统，包括飞行器和起落台，其中飞行器和起落台上分别设置有磁体，所述磁体至少其一为电磁体；通过控制所述电磁体磁极的变化使所述飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有同性磁极，产生磁性斥力将所述飞行器从所述起落台上弹射。本发明提供的方案，其积极效果在于：(一)在飞行器起飞时，利用电磁斥力弹射对飞行器进行发射，不仅具有较强的瞬间发射动力，而且结构设计简单，使用方便；(二)在飞行器回收时，利用电磁引力吸附辅助飞行器在起落台上停靠，可以提高飞行器停靠的位置准确性。
Description
技术领域
本发明属于飞行器技术领域。
背景技术
无人驾驶飞行器简称无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。由于其具有体积小、造价低、使用方便等优点，备受世界各国的青睐，被广泛应用在军事领域中。此外，目前世界各国都在积极拓展民用无人机的应用范围，在电力、通信、气象、农林、海洋、勘探等领域应用无人机的技术效果和经济效果都非常被看好。
随着无人机在社会各领域中的广泛应用，与之相配套的起飞发射装置也得到了充分的发展，在无人机的整个工作过程中，起飞发射阶段往往被认为是最困难、最重要的阶段之一，目前国内外对无人机的起飞发射起飞作了大量的研究和尝试，并取得了一定的成果。无人机的起飞发射方式主要有滑跑起飞、垂直起飞、手抛起飞、弹射起飞。其中，滑跑起飞发射的设备简单可靠、加速的过载小、成本低，但是对环境和场地的要求苛刻、机动灵活性差。垂直起飞发射需要大功率发动机才能产生足够大的升力。手抛起飞要有专业人士才行，且准确性低。
国内现有的无人机弹射起飞方式大都采用弹力弹射，通常是将弹性元件(如橡皮筋、弹簧等)的弹性势能转换成机械动能作为把无人机弹射到空中的动力。弹力弹射具有原理简单、装置轻便等优点。但是弹力弹射的发射动力较弱，由于弹射装置的弹射重量低导致弹射末端速度也较低；同时维护保养成本高；起飞阶段风险也较高；对于橡皮筋弹射，还有防止橡皮筋老化，需要定期更换的问题。上述这些缺陷的存在，大大限制了弹射器在无人机的推广使用。除了弹力弹射，无人机弹射起飞方式还可以采用电磁弹射，但是对于无人机的电磁弹射国内目前研究地较少。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有弹力弹射技术的不足，提供一种飞行器电磁弹射系统，以及对应的方法。
为实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：
一种飞行器电磁弹射系统，包括飞行器和起落台；所述飞行器和所述起落台上分别设置有磁体，所述磁体至少其一为电磁体；通过控制所述电磁体磁极的变化使所述飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有同性磁极，产生磁性斥力将所述飞行器从所述起落台上弹射。
优选的，通过控制所述电磁体磁极的变化使所述飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有异性磁极，产生磁性引力将所述飞行器吸附至所述起落台。
优选的，还包括有与所述电磁体一一对应的电源和电路控制单元；所述电路控制单元用于电连接或断开所述电源和与之对应的电磁体。
优选的，所述电源包括有超级电容器。
优选的，当所述飞行器磁体和所述起落台磁体都设置为电磁体时，飞行器电磁体电路控制单元和起落台电磁体电路控制单元之间无线通信连接。
优选的，当所述飞行器磁体和所述起落台磁体都设置为电磁体时，所述飞行器的脚架上设置有与飞行器电磁体电路控制单元电连接的电路接口一，所述起落台的表面上设置有与起落台电磁体电路控制单元电连接的电路接口二；通过所述电路接口一和所述电路接口二之间的连接，同时控制飞行器电磁体和起落台电磁体磁极的变化。
优选的，设置峰值磁力控制单元,用以在所述飞行器磁体和所述起落台磁体都设置为电磁体的情况下,通过分别控制所述电磁体磁力的变化,使飞行器电磁体和起落台电磁体同时达到各自磁力强度的峰值,从而获得峰值强度的斥力或吸引力。
优选的，所述飞行器磁体设置在所述飞行器的脚架中。
优选的，所述飞行器磁体设置在所述飞行器机身中。
优选的，所述飞行器磁体设置在所述飞行器机身下方，且其尺寸为所述飞行器机身尺寸的50％以上。
优选的，所述起落台中设置有腔体结构；所述起落台磁体活动地设置在所述起落台中。
优选的，所述飞行器为扑翼式的。
本发明还提供了一种飞行器电磁弹射方法，包括如下步骤：
在起落台上设置飞行器；
开启电路控制单元，控制电磁体磁极的变化使所述飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有同性磁极，产生磁性斥力将所述飞行器从所述起落台上弹射。
进一步，通过控制所述电磁体磁极的变化使所述飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有异性磁极，产生磁性引力将所述飞行器吸附至所述起落台。
进一步，在所述飞行器磁体和所述起落台磁体都设置为电磁体的情况下,通过分别控制所述电磁体磁力的变化,使飞行器电磁体和起落台电磁体同时达到各自磁力强度的峰值,从而获得峰值强度的斥力或吸引力。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，作为举例而非限制，具有以下的优点和积极效果：(一)在飞行器起飞时，利用电磁斥力弹射对飞行器进行发射，不仅具有较强的瞬间发射动力，而且结构设计简单，使用方便；(二)在飞行器回收时，利用电磁引力吸附辅助飞行器在起落台上停靠，可以提高飞行器停靠的位置准确性。
附图说明
图1为本发明提供的飞行器电磁弹射系统的结构框图；
图2为本发明提供的飞行器电磁弹射系统的停靠状态结构示意图；
图3a、3b、3c为本发明提供的飞行器电磁弹射系统的分离状态结构示意图；
图4a、4b为本发明提供的飞行器电磁弹射系统的另一种分离状态结构示意图；
图5为本发明提供的飞行器电磁弹射方法的流程图。
图中标号如下：
飞行器100，机身110，脚架120，飞行器磁体130，飞行器电磁体131，飞行器电磁体电源140，飞行器电磁体电路控制单元150，电路接口一160；
起落台200，表面210，腔体结构220，起落台磁体230，起落台电磁体231，起落台电磁体电源240，起落台电磁体电路控制单元250，电路接口二260；
峰值磁力控制单元300。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的飞行器电磁弹射系统及方法的技术方案作进一步清楚、完整地说明。应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非对本发明作出任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均属于本发明技术方案保护的范围。结合下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本发明提供的飞行器电磁弹射系统的结构框图。
本发明提供了一种飞行器电磁弹射系统，包括飞行器100和起落台200；飞行器100和起落台200上分别设置有磁体，磁体至少其一为电磁体；通过控制电磁体磁极的变化使飞行器磁体130和邻近起落台磁体230之间具有同性磁极，产生磁性斥力将飞行器100从起落台200上弹射；通过控制电磁体磁极的变化使飞行器磁体130和邻近起落台磁体230之间具有异性磁极，产生磁性引力将飞行器100吸附至起落台200。
该飞行器电磁弹射系统还包括有与电磁体一一对应的电源和电路控制单元；电路控制单元用于电连接或断开电源和与之对应的电磁体。换言之，就是飞行器磁体130若采用电磁体，则设置与飞行器电磁体131对应的飞行器电磁体电路控制单元150和飞行器电磁体电源140，起落台磁体230若采用电磁体，则设置与起落台电磁体231对应的起落台电磁体电路控制单元250和起落台电磁体电源240。作为举例而非限制，无论是飞行器电磁体电源140还是起落台电磁体电源240都可以包括有超级电容器。当飞行器磁体130设置为电磁体时，飞行器电磁体电源140，作为举例而非限制可以采用飞行器自身携带的电源。
当飞行器磁体和起落台磁体都设置为电磁体时，可以建立飞行器电磁体131和起落台电磁体231之间同步工作的连接关系。作为举例而非限制，飞行器电磁体电路控制单元150和起落台电磁体电路控制单元250之间可以无线通信连接。同样作为举例而非限制，飞行器100的脚架120上可以设置有与飞行器电磁体电路控制单元150电连接的电路接口一160，起落台200的表面210上可以设置有与起落台电磁体电路控制单元250电连接的电路接口二260；通过电路接口一160和电路接口二260之间的连接，同时控制飞行器电磁体131和起落台电磁体231磁极的变化。
该飞行器电磁弹射系统中还设置峰值磁力控制单元300,用以在飞行器磁体和起落台磁体都设置为电磁体的情况下,通过分别控制电磁体磁力的变化,使飞行器电磁体131和起落台电磁体231同时达到各自磁力强度的峰值,从而获得峰值强度的斥力或吸引力。
对于飞行器磁体130，作为举例而非限制，可以设置在飞行器100的脚架120中，也可以在飞行器100的机身110中。进一步，飞行器磁体130可以设置在飞行器100的机身110下方，且其尺寸为飞行器机身110尺寸的50％以上。
对于起落台磁体230，可以在起落台200中设置腔体结构220来容纳起落台磁体230，使起落台磁体230活动地设置在起落台200中。
本发明提供的飞行器电磁弹射系统中还可以设置有与飞行器、飞行器电磁体电路控制单元、起落台电磁体电路控制单元和峰值磁力控制单元连接的控制器，用于控制前述飞行器、飞行器电磁体电路控制单元、起落台电磁体电路控制单元和峰值磁力控制单元的工作。
对于本发明提供的飞行器电磁弹射系统的飞行器优选采用扑翼式的。扑翼式飞行器的原理，是模仿鸟类，鸟类都是有腿的，起飞的时候不需要借助其他设备作为缓冲装置，可以通过腿的弯折提供缓冲，腿一弹跳就可以起来。本发明中飞行器磁体和起落台磁体之间的电磁弹射作用就相当于在鸟类腿的作用。
图2和图3a、3b、3c为本发明提供的飞行器电磁弹射系统的一种具体实施方式的结构示意图。其中，图2为本发明提供的飞行器电磁弹射系统的停靠状态结构示意图，图3a、3b、3c为本发明提供的飞行器电磁弹射系统的分离状态结构示意图。
在本实施方式中，飞行器电磁弹射系统包括飞行器100和起落台200。作为举例而非限制，飞行器100和起落台200上分别设置有飞行器电磁体131和起落台电磁体231。其中，作为举例，飞行器电磁体131设置飞行器机身110中，如图2和图3a所示；起落台电磁体231设置在起落台200中设置的腔体结构220中，如图2和图3b、3c所示。
对于容纳起落台电磁体231的腔体结构220，优选的设置为与起落台电磁体231的结构相匹配的形状。在图2和图3a、3b、3c中，作为举例而非限制，腔体结构220和起落台电磁体231都设置为圆柱体形状。优选的腔体结构220具有与起落台电磁体231相匹配直径，使起落台电磁体231在水平方向上相对于腔体结构220不能运动；但是腔体结构220的竖向长度要大于起落台电磁体231的竖向长度，以使得起落台电磁体231在竖直方向可相对于腔体结构220运动。
此外，在飞行器100中还设置有与飞行器电磁体131对应的飞行器电磁体电源(图中未示出)和飞行器电磁体电路控制单元(图中未示出)，在起落台200中还设置有与起落台电磁体231对应的起落台电磁体电源(图中未示出)和起落台电磁体电路控制单元(图中未示出)。通过飞行器电磁体电路控制单元控制飞行器电磁体电源和飞行器电磁体131之间电连接，通过起落台电磁体电路控制单元控制起落台电磁体电源和起落台电磁体231之间电连接，使得飞行器电磁体131和起落台电磁体231之间具有相反的磁极，产生磁性引力将飞行器100稳定地停靠在起落台200上。此时，起落台电磁体231由于磁性引力的作用位于腔体结构220的顶部，如图2所示。
当飞行器100需要从起落台200上起飞时，通过飞行器电磁体电路控制单元改变飞行器电磁体电源和飞行器电磁体131之间电路连接方向，或通过起落台电磁体电路控制单元改变起落台电磁体电源和起落台电磁体231之间的电路连接方向，使得飞行器电磁体131和起落台电磁体231之间具有相同的磁极，产生磁性斥力将飞行器100从起落台200上弹射。此时，起落台电磁体231由于磁性斥力的作用运动至腔体结构220的底部。当飞行器100飞离起落台200后，通过飞行器电磁体电路控制单元控制飞行器电磁体电源和飞行器电磁体131之间断开，通过起落台电磁体电路控制单元控制起落台电磁体电源和起落台电磁体231之间断开。此时，起落台电磁体231停留在腔体结构220的底部，如图3b和图3c所示。
当飞行器100返航并靠近起落台200时，再次通过飞行器电磁体电路控制单元控制飞行器电磁体电源和飞行器电磁体131之间电连接，通过起落台电磁体电路控制单元控制起落台电磁体电源和起落台电磁体231之间电连接，使得飞行器电磁体131和起落台电磁体231之间具有相反的磁极，产生磁性引力将飞行器100吸附至起落台200上。
该飞行器电磁弹射系统中还设置峰值磁力控制单元(图中未示出),用以分别控制飞行器电磁体131和起落台电磁体231的磁力的变化,使飞行器电磁体131和起落台电磁体231同时达到各自磁力强度的峰值,从而获得峰值强度的斥力或吸引力。利用所述斥力可以为飞行器的弹射起飞提供较大的动力，利用所述吸引力可以使飞行器快速停靠在起落台上。
此外，由于在本实施方式中，飞行器磁体和起落台磁体都设置为电磁体，因此可以建立飞行器电磁体131和起落台电磁体231之间同步工作的连接关系。作为举例而非限制，可以飞行器电磁体电路控制单元150和起落台电磁体电路控制单元250之间建立无线通信连接来同时控制飞行器电磁体131和起落台电磁体231磁极的变化。换言之就是，当飞行器电磁体电路控制单元或起落台电磁体电路控制单元之一开始工作时，通过两者之间的无线通信连接，可以同时启动另一个也开始工作。
图4a、4b为本发明提供的飞行器电磁弹射系统的另一种分离状态结构示意图。与图2和图3a、3b、3c所不同的是，飞行器磁体130设置为永磁体，并设置在飞行器机身110的下方，起落台电磁体230固定设置在起落台200中，优选设置在起落台200的上部并位于中间位置。由于，飞行器磁体130为永磁体，在飞行器100中就不需要再设置与飞行器电磁体131对应的飞行器电磁体电源和飞行器电磁体电路控制单元。
图5为本发明提供的飞行器电磁弹射方法的流程图。
本发明还提供了一种飞行器电磁弹射方法，包括如下步骤：
S110：在起落台上设置飞行器；
S120：开启电路控制单元，控制电磁体磁极的变化使飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有同性磁极，产生磁性斥力将飞行器从起落台上弹射。
进一步，还可以通过控制电磁体磁极的变化使飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有异性磁极，产生磁性引力将飞行器吸附至起落台。
在飞行器磁体和起落台磁体都设置为电磁体的情况下,还可以通过峰值磁力控制单元分别控制电磁体磁力的变化,使飞行器电磁体和起落台电磁体同时达到各自磁力强度的峰值,从而获得峰值强度的斥力或吸引力。
本发明的技术方案具有如下优点，(一)在飞行器起飞时，利用电磁斥力弹射对飞行器进行发射，不仅具有较强的瞬间发射动力，而且结构设计简单，使用方便；(二)在飞行器回收时，利用电磁引力吸附辅助飞行器在起落台上停靠，可以提高飞行器停靠的位置准确性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (15)
1.一种飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
包括飞行器和起落台；
所述飞行器和所述起落台上分别设置有磁体，所述磁体至少其一为电磁体；通过控制所述电磁体磁极的变化使所述飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有同性磁极，产生磁性斥力将所述飞行器从所述起落台上弹射。
2.根据权利要求1所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
通过控制所述电磁体磁极的变化使所述飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有异性磁极，产生磁性引力将所述飞行器吸附至所述起落台。
3.根据权利要求1或2所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
还包括有与所述电磁体一一对应的电源和电路控制单元；
所述电路控制单元用于电连接或断开所述电源和与之对应的电磁体。
4.根据权利要求3所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
所述电源包括有超级电容器。
5.根据权利要求4所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
当所述飞行器磁体和所述起落台磁体都设置为电磁体时，飞行器电磁体电路控制单元和起落台电磁体电路控制单元之间无线通信连接。
6.根据权利要求4所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
当所述飞行器磁体和所述起落台磁体都设置为电磁体时，所述飞行器的脚架上设置有与飞行器电磁体电路控制单元电连接的电路接口一，所述起落台的表面上设置有与起落台电磁体电路控制单元电连接的电路接口二；
通过所述电路接口一和所述电路接口二之间的连接，同时控制飞行器电磁体和起落台电磁体磁极的变化。
7.根据权利要求1所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
设置峰值磁力控制单元,用以在所述飞行器磁体和所述起落台磁体都设置为电磁体的情况下,通过分别控制所述电磁体磁力的变化,使飞行器电磁体和起落台电磁体同时达到各自磁力强度的峰值,从而获得峰值强度的斥力或吸引力。
8.根据权利要求1所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
所述飞行器磁体设置在所述飞行器的脚架中。
9.根据权利要求1所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
所述飞行器磁体设置在所述飞行器机身中。
10.根据权利要求9所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
所述飞行器磁体设置在所述飞行器机身下方，且其尺寸为所述飞行器机身尺寸的50％以上。
11.根据权利要求1所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
所述起落台中设置有腔体结构；
所述起落台磁体活动地设置在所述起落台中。
12.根据权利要求1所述的飞行器电磁弹射系统，其特征在于：
所述飞行器为扑翼式的。
13.一种飞行器电磁弹射方法，其特征在于，包括如下步骤：
在起落台上设置飞行器；
开启电路控制单元，控制电磁体磁极的变化使所述飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有同性磁极，产生磁性斥力将所述飞行器从所述起落台上弹射。
14.根据权利要求13所述的飞行器电磁弹射方法，其特征在于：
通过控制所述电磁体磁极的变化使所述飞行器磁体和邻近起落台磁体之间具有异性磁极，产生磁性引力将所述飞行器吸附至所述起落台。
15.根据权利要求13所述的飞行器电磁弹射方法，其特征在于：
在所述飞行器磁体和所述起落台磁体都设置为电磁体的情况下,通过分别控制所述电磁体磁力的变化,使飞行器电磁体和起落台电磁体同时达到各自磁力强度的峰值,从而获得峰值强度的斥力或吸引力。
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