CN108298107A - 一种小型无人机高空弹射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种小型无人机高空弹射装置。该小型无人机高空弹射装置包括导向限位机构、储能机构和启动控制机构，所述导向限位机构包括直线导轨以及与所述直线导轨滑动配合的主动滑块，所述储能机构包括储能弹簧、以及与所述储能弹簧相连的弹簧作用件，所述启动控制机构包括电磁铁、与所述电磁铁磁性连接的吸板、与所述吸板固定连接的旋转轴、以及与所述旋转轴固定连接的滑块挡板。本发明提供的小型无人机高空弹射装置，可以满足小型无人机弹射初速度要求，对其实施受控、可靠的弹射投放，具有结构紧凑，质量轻，作动可靠的优点。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种小型无人机高空弹射装置。
背景技术
随着近年来各国对临近空间高度的持续关注，众多领域的尖端技术逐步进入临近空间，开始了对临近空间的探索与利用，无人机在这场临近空间的争夺中发挥着重要的作用。
近年来，一种以数据采集为用途的小型无人机得到成功研制，这种小型无人机可以在地面到临近空间高度之间采集风场、电磁场等数据。但是由于其载重能力的限制，小型无人机无法直接飞行至临近空间高度，因此需要采用高空浮空平台作为搭载平台，将其带至临近空间后实施受控投放。然而现有的投放方式无法满足小型无人机的弹射初速度要求，从而难以实施受控、可靠的弹射投放。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种小型无人机高空弹射装置，解决现有技术无法满足小型无人机的弹射初速度要求，难以实施受控、可靠弹射投放的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种小型无人机高空弹射装置，包括导向限位机构、设置在所述导向限位机构上的储能机构以及启动控制机构；
其中，所述导向限位机构包括直线导轨以及与所述直线导轨滑动配合的主动滑块；
所述储能机构包括储能弹簧以及与所述储能弹簧相连的弹簧作用件，所述弹簧作用件与所述主动滑块相连；
所述启动控制机构包括电磁铁、与所述电磁铁磁性连接的吸板、与所述吸板固定连接的旋转轴以及与所述旋转轴固定连接的滑块挡板，所述电磁铁与所述直线导轨相连。
进一步地，所述启动控制机构还包括轴承，所述旋转轴安装在所述轴承上，所述轴承通过轴承支撑座与所述直线导轨连接固定。
进一步地，还包括小型无人机，所述小型无人机包括无人机本体、以及设置在所述无人机本体上的保温仓，所述保温仓的底部设有与所述直线导轨滚动配合的滚动轮，所述滚动轮安装在滚动轮支撑轴上，所述滚动轮支撑轴与所述保温仓固定连接。
具体地，所述保温仓设置在所述主动滑块与所述滑块挡板之间。
具体地，所述直线导轨设有第一限位凹槽，所述主动滑块设置在所述第一限位凹槽中且与所述第一限位凹槽滑动连接。
具体地，所述第一限位凹槽的左右两侧壁的内侧分别设有限位凸起，所述限位凸起沿所述第一限位凹槽的长度方向延伸设置，在所述滚动轮上设有与所述限位凸起相适配的第二限位凹槽。
进一步地，所述储能机构还包括弹簧支撑轴，所述弹簧支撑轴设置在所述直线导轨的侧壁上且沿所述直线导轨的长度方向延伸设置，所述储能弹簧穿过所述弹簧支撑轴，所述弹簧作用件设有供所述弹簧支撑轴穿过的支撑轴通孔，所述弹簧作用件通过所述支撑轴通孔与所述弹簧支撑轴滑动配合。
进一步地，所述直线导轨通过弹射角度调节安装件与直线导轨安装座相连，所述直线导轨安装座安装在高空浮空平台上。
进一步地，所述高空浮空平台上还设有测控系统，所述测控系统与电磁继电器相连，所述电磁继电器与所述电磁铁相连。
具体地，所述储能弹簧与所述直线导轨的始端相连，所述直线导轨的末端设有限制所述主动滑块运动位置的缓冲器。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明提供的小型无人机高空弹射装置，通过导向限位机构使小型无人机能够按照特定轨道路径运动，通过储能机构为小型无人机的弹射提供初始动能，通过启动控制机构作为小型无人机的弹射启动开关，从而控制小型无人机的弹射启动。
本发明提供的小型无人机高空弹射装置，采用电磁铁与吸板的磁性作用，当初始状态时，电磁铁与吸板吸附在一起，从而通过滑块挡板来阻挡小型无人机，使其处于静止状态，当需要弹射时，通过对电磁铁通电来产生电磁场逐渐减小直至抵消永磁芯的磁力，使得吸板失去吸力与电磁铁脱开，储能弹簧的压缩力传递至滑块挡板上，小型无人机脱离滑块挡板的阻碍，并且被压缩的弹簧通过主动滑块推动小型无人机加速运动。
本发明提供的小型无人机高空弹射装置，可以满足小型无人机弹射初速度要求，对其实施受控、可靠的弹射投放，具有结构紧凑，质量轻便，作动可靠的优点。
附图说明
图1是本发明实施例小型无人机高空弹射装置的结构示意图；
图2是本发明实施例小型无人机高空弹射装置中储能机构的结构示意图；
图3是本发明实施例小型无人机高空弹射装置中启动控制机构的结构示意图；
图4是本发明实施例小型无人机高空弹射装置中小型无人机的结构示意图。
图中：1：直线导轨；11：限位凹槽；12：限位凸起；2：弹射角度调节安装件；3：直线导轨安装座；4：主动滑块；5：小型无人机；51：无人机本体；52：保温仓；53：滚动轮；54：滚动轮支撑轴；6：启动控制机构；61：电磁铁；62：吸板；63：电磁铁安装座；64：旋转轴；65：轴承支撑座；66：轴承；67：滑块挡板；7：储能弹簧；8：弹簧支撑轴；9：缓冲器；10：弹簧作用件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，本发明实施例提供一种小型无人机高空弹射装置，包括导向限位机构、设置在所述导向限位机构上的储能机构、启动控制机构6、以及小型无人机5。
所述导向限位机构包括直线导轨1、以及与所述直线导轨1滑动配合的主动滑块4。
所述储能机构包括储能弹簧7和弹簧作用件10，所述储能弹簧7的一端与所述直线导轨1的始端相连，所述储能弹簧7的另一端与所述弹簧作用件10相连，所述弹簧作用件10与所述主动滑块4相连。
所述启动控制机构6包括电磁铁61、与所述电磁铁61磁性连接的吸板62、与所述吸板62固定连接的旋转轴64、以及与所述旋转轴64固定连接的滑块挡板67，所述电磁铁61与所述直线导轨1相连。
其中，所述电磁铁61采用失电型电磁铁，用于传递电磁吸力的所述吸板62在初始位置与所述电磁铁61吸引在一起。为了降低电能消耗，保证安全系数，选择几十至几百公斤吸力的永磁铁芯，吸住吸板，保证高空平台上升过程中的安装。当所述吸板62与所述电磁铁61之间的磁性吸力消除时，所述吸板62带动所述旋转轴64旋转，所述旋转轴64再带动所述滑块挡板67旋转，从而通过旋转的方式实现电磁力开关。
其中，所述启动控制机构6还包括轴承66，所述轴承66采用深沟球轴承，所述旋转轴64安装在所述轴承66上，所述轴承66通过轴承支撑座65与所述直线导轨1连接固定。
所述启动控制机构6中所述吸板62以及所述滑块挡板67的尺寸可以根据实际需求设定，可以在一定的范围内增大所述滑块挡板67与所述小型无人机5之间的作用力。
所述小型无人机5包括无人机本体51、以及设置在所述无人机本体51上的保温仓52，所述保温仓52的底部设有与所述直线导轨1滚动配合的滚动轮53，所述滚动轮53安装在滚动轮支撑轴54上，所述滚动轮支撑轴54与所述保温仓52连接固定。
其中，由于所述小型无人机5在临近空间高度工作，因此需要对所有元器件进行被动保温，所述小型无人机5上需要保温的元器件均安装在所述保温仓52内部，因此所述保温仓52采用强度较高的高分子材料制成。
而且，所述滚动轮53的润滑脂需要采用低温润滑脂，保证低温工况下的正常滚动，能够在低温-70℃下工作。
所述保温仓52设置在所述主动滑块4与所述滑块挡板67之间，作为被动滑块的主体，也即，在初始位置时，所述保温仓52被所述滑块挡板67阻挡，从而处于静止状态，当在弹射状态时，所述滑块挡板67的阻挡解除，则所述保温仓52能够在所述主动滑块4的推力作用下加速运动。
在本实施例的优选设置中，设置在所述保温仓52底部的所述滚动轮53的数量不少于3个，从而保证其与所述直线导轨1滚动配合时的稳定性和可靠性。
其中，所述直线导轨1设有第一限位凹槽11，所述主动滑块4设置在所述第一限位凹槽11中且与所述第一限位凹槽11滑动连接，从而确保所述主动滑块4只能沿导轨路径运动。
为了避免在所述直线导轨1内各所述滚动轮53在滚动时相互干涉，同时限制所述滚动轮53在垂直导轨方向的移动，在所述第一限位凹槽11的左右两侧壁的内侧分别设有限位凸起12，所述限位凸起12沿所述第一限位凹槽11的长度方向延伸设置，在所述滚动轮53上设有与所述限位凸起12相适配的第二限位凹槽(图中未示)。
其中，所述储能机构还包括弹簧支撑轴8，所述弹簧支撑轴8设置在所述直线导轨1的侧壁上且沿所述直线导轨1的长度方向延伸设置，所述储能弹簧7穿过所述弹簧支撑轴8，所述弹簧作用件10设有供所述弹簧支撑轴8穿过的支撑轴通孔，所述弹簧作用件10通过所述支撑轴通孔与所述弹簧支撑轴8滑动配合，从而保证所述储能弹簧7在往复运动时按照直线运动。通过所述储能弹簧7的弹性力，推动所述主动滑块4向前运动，从而推动所述小型无人机5沿所述直线导轨1运动。
其中，所述储能弹簧7可以采用劲度系数不同的弹簧，以满足不同无人机初始速度的要求。
此外，所述直线导轨1通过弹射角度调节安装件2与直线导轨安装座3相连，所述直线导轨安装座3安装在高空浮空平台上，也即，装置需要直接安装在暴露空气中，不需要特殊的环境隔离保护。所述直线导轨1与高空浮空平台的相对位置可以事先设计好，也可以安装电机或舵机等进行调整，以满足不同的弹射初始角度。
此外，所述高空浮空平台上还设有测控系统，所述测控系统与电磁继电器相连，所述电磁继电器与所述电磁铁61相连。弹射信号通过所述电磁继电器控制所述电磁铁61产生磁力，用来抵消原有的磁力，使得所述吸板62与所述电磁铁61松开，从而使所述旋转轴64旋转，解除对所述小型无人机5的约束，则所述储能弹簧7推动所述主动滑块4沿所述直线导轨1加速运动，当达到所述储能弹簧7的原长之后，所述小型无人机5脱离所述直线导轨1。
此外，在所述电磁铁61的外侧包裹一层镀铝膜，保证太阳直射时，热能吸收少，确保不会出现局部过热影响电磁铁的使用性能。
此外，在所述直线导轨1的末端设有限制所述主动滑块4运动位置的缓冲器9，从而减小所述主动滑块4的运动时的冲击。
本发明实施例提供一种小型无人机高空弹射装置，其使用过程如下：
首先，将所述电磁铁61吸力增大之后与所述吸板62吸附连接，将所述小型无人机5约束在所述直线导轨1上，使所述保温仓52处于所述滑块挡板67与所述主动滑块4之间，此时所述储能弹簧7被压缩至如图2的状态，从而在高空浮空平台上升过程中保证安全，在没有到达预定投放高度时，无人机被固定在所述直线导轨1上。
图1为所述小型无人机5搭载高空平台上升过程中的静止保持状态，也即所述小型无人机5弹射之前的位置，在该过程全程不需要供电，即可通过所述电磁铁61内部的永磁铁芯的永磁力吸住所述吸板62。在弹射启动时，通过所述测控系统为所述电磁继电器上电，则所述电磁铁61产生磁力逐渐减小直至抵消原有的磁力，使得所述吸板62失去吸力，与所述电磁铁61脱开。由于此时所述滑块挡板67与所述小型无人机5挨紧接触，则所述储能弹簧7的压缩力传递至所述滑块挡板67上。此时所述吸板62在所述旋转轴64的作用下带动所述滑块挡板67同时转轴转动，转动一定角度之后，所述小型无人机5脱离所述滑块挡板67的阻碍，则被压缩的所述储能弹簧7通过所述主动滑块4推动所述小型无人机5加速运动。当达到所述储能弹簧7的原长时，所述主动滑块4和所述小型无人机5分离，所述小型无人机5沿所述直线导轨1继续运动，而所述主动滑块4则在到达所述直线导轨1的末端时与所述缓冲器9接触，从而减速并约束在所述直线导轨1上，所述小型无人机5运动至所述直线导轨1末端脱离从而完成弹射，此时所述小型无人机5已经具有一定的初始速度，并且可以按照设计的安装角度弹射出去。
综上所述，本发明实施例所述的小型无人机高空弹射装置，可以满足小型无人机弹射初速度要求，对其实施受控、可靠的弹射投放，具有结构紧凑，质量轻便，作动可靠的优点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种小型无人机高空弹射装置，其特征在于：包括导向限位机构、设置在所述导向限位机构上的储能机构以及启动控制机构(6)；
其中，所述导向限位机构包括直线导轨(1)以及与所述直线导轨(1)滑动配合的主动滑块(4)；
所述储能机构包括储能弹簧(7)以及与所述储能弹簧(7)相连的弹簧作用件(10)，所述弹簧作用件(10)与所述主动滑块(4)相连；
所述启动控制机构(6)包括电磁铁(61)、与所述电磁铁(61)磁性连接的吸板(62)、与所述吸板(62)固定连接的旋转轴(64)以及与所述旋转轴(64)固定连接的滑块挡板(67)，所述电磁铁(61)与所述直线导轨(1)相连。
2.根据权利要求1所述的小型无人机高空弹射装置，其特征在于：所述启动控制机构(6)还包括轴承(66)，所述旋转轴(64)安装在所述轴承(66)上，所述轴承(66)通过轴承支撑座(65)与所述直线导轨(1)连接固定。
3.根据权利要求1所述的小型无人机高空弹射装置，其特征在于：还包括小型无人机(5)，所述小型无人机(5)包括无人机本体(51)以及设置在所述无人机本体(51)上的保温仓(52)，所述保温仓(52)的底部设有与所述直线导轨(1)滚动配合的滚动轮(53)，所述滚动轮(53)安装在滚动轮支撑轴(54)上，所述滚动轮支撑轴(54)与所述保温仓(52)固定连接。
4.根据权利要求3所述的小型无人机高空弹射装置，其特征在于：所述保温仓(52)设置在所述主动滑块(4)与所述滑块挡板(67)之间。
5.根据权利要求3所述的小型无人机高空弹射装置，其特征在于：所述直线导轨(1)设有第一限位凹槽(11)，所述主动滑块(4)设置在所述第一限位凹槽(11)中且与所述第一限位凹槽(11)滑动连接。
6.根据权利要求5所述的小型无人机高空弹射装置，其特征在于：所述第一限位凹槽(11)的左右两侧壁的内侧分别设有限位凸起(12)，所述限位凸起(12)沿所述第一限位凹槽(11)的长度方向延伸设置，在所述滚动轮(53)上设有与所述限位凸起(12)相适配的第二限位凹槽。
7.根据权利要求1所述的小型无人机高空弹射装置，其特征在于：所述储能机构还包括弹簧支撑轴(8)，所述弹簧支撑轴(8)设置在所述直线导轨(1)的侧壁上且沿所述直线导轨(1)的长度方向延伸设置，所述储能弹簧(7)穿过所述弹簧支撑轴(8)，所述弹簧作用件(10)设有供所述弹簧支撑轴(8)穿过的支撑轴通孔，所述弹簧作用件(10)通过所述支撑轴通孔与所述弹簧支撑轴(8)滑动配合。
8.根据权利要求1所述的小型无人机高空弹射装置，其特征在于：所述直线导轨(1)通过弹射角度调节安装件(2)与直线导轨安装座(3)相连，所述直线导轨安装座(3)安装在高空浮空平台上。
9.根据权利要求8所述的小型无人机高空弹射装置，其特征在于：所述高空浮空平台上还设有测控系统，所述测控系统与电磁继电器相连，所述电磁继电器与所述电磁铁(61)相连。
10.根据权利要求1所述的小型无人机高空弹射装置，其特征在于：所述储能弹簧(7)与所述直线导轨(1)的始端相连，所述直线导轨(1)的末端设有限制所述主动滑块(4)运动位置的缓冲器(9)。
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