CN108482635B - 一种充气机翼式可驻留飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于充气式飞行器技术领域，具体涉及一种充气机翼式可驻留飞行器及应用方法。该飞行器包括包括浮升气囊囊体1、螺旋桨推进器2、太阳能电池板3、侦察设备4、挂架连接件5、巡飞导弹。本发明应用方法包括步骤：步骤一、飞行器发射升空，巡航至目标区域；步骤二、巡飞导弹弹体和浮升气囊囊体分离，充气式机翼保护罩同时打开，充气式机翼迅速充气展开，巡飞导弹弹体瞬间变形成巡飞导弹无人机；步骤三：巡飞导弹无人机巡航飞行至目标区域；步骤四：充气式机翼和巡飞导弹弹体分离；步骤五：巡飞导弹弹体对目标实施精确打击。本发明具有浮空悬停驻留、垂直起降、超长航时、巡航飞行、快速打击等多种功能。
Description
技术领域
本发明属于充气式飞行器技术领域，具体涉及一种充气机翼式可驻留飞行器及应用方法。
背景技术
传统的反恐打击方式需要消耗大量的人力、物力和时间，作战效率较低，且有可能造成参与战斗人员的伤亡。因此，无人化、高效化、快速化已成为反恐作战方式的发展方向。目前，世界大国对恐怖组织的军事打击以空中打击为主，通过卫星、侦察机、浮空飞艇等侦察设备发现目标，然后由轰炸机和攻击机等携带导弹对恐怖组织进行空袭，这种打击方式杀伤力大，且不易造成人员伤亡；但由于战斗机需要侦察机构提前确定目标位置等信息后才能执行任务，导致作战响应时间较长，对时间敏感性强、稍纵即逝的目标无法完成快速打击，且有人战斗机作战成本相对较高，且无法对目标区域进行长时间驻留侦查观测。因此，长航时、低成本、可驻留式、兼具侦察打击能力的无人飞行器在目前的反恐战场中受到广泛关注。
现有的反恐无人飞行器一定程度上提高了作战响应速度，降低了打击成本，但其挂载的导弹射程较小，无人飞行器必须巡航至目标较近距离处进行侦查，一定程度上增加了无人飞行器被攻击的风险，且无人飞行器相比侦查浮空飞艇巡航时间较短，能耗较高，攻击速度慢，体积重量大，且整体成本仍然较高。
为了提高无人飞行器反恐作战的巡航飞行时间，实现对目标区域的长时间侦查观测，现有技术分别提出了浮空飞艇和带充气翼的可智能变形导弹方案。中国专利申请CN201621331124.9公开了一种带浮力系统的无人机，利用机体上的浮力系统充气腔提供浮力，克服了螺旋桨做工效能大的问题，并实现空中驻留悬停，其不足之处是无法对地面敌对目标进行快速侦查和攻击，也不能实现在目标区域上空快速巡航飞行。中国专利CN201610367199.0公开了一种采用快速充气弹翼的便携式导弹，这种导弹发射前将充气弹翼全部折叠存储在弹体内部，发射升空后弹体内部的折叠弹翼可充气展开，利用弹翼提供的气动升力与涡喷发动机推力实现高效率的巡航飞行，其不足之处是发现敌对目标后，必须立刻实施打击，无法对目标进行盘旋长时间进行侦查观测，不能实现目标区域上空驻留悬停。中国专利CN201621093929.4公开了一种基于临近空间浮空平台的信息获取系统，浮空平台实现空中驻留悬停，并通过投放装置释放用于信息采集的微型无人机，其不足之处是释放的微型无人机仅能够进行信息采集和传输，而在空中可巡航飞行时间很短，发现敌对目标后，无法实施打击，反而容易被对方活力攻击而摧毁。
针对上述反恐无人飞行器存在的问题，结合充气式智能可变形导弹的作战优势，设计一种“浮空式察打一体飞行器”，将侦查飞艇的垂直起降、超长航时、低成本和“霹雳鹰”导弹的远程打击能力相结合，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种充气机翼式可驻留飞行器，既具有充气式智能可变形导弹的作战优势，又具有浮空悬停驻留、垂直起降、超长航时、巡航飞行、快速打击的多种功能，有利于提高反恐作战快速响应能力，降低打击成本。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种充气机翼式可驻留飞行器，包括浮升气囊囊体1、螺旋桨推进器2、太阳能电池板3、侦察设备4、挂架连接件5、巡飞导弹；
所述浮升气囊囊体1为球状薄膜结构，内部由凯夫拉张线12和柔性气梁隔板14组成，外部覆盖蒙皮13，所述凯夫拉张线12和柔性气梁隔板14提供浮升气囊囊体1的内部张力，以维持浮升气囊囊体1的形状；
所述螺旋桨推进器2安装在浮升气囊囊体的外表面；
所述太阳能电池板3为柔性结构，安装在浮升气囊囊体的外表面，太阳能电池板产生的电能提供给螺旋桨推进器2和侦察设备4；
所述侦察设备4安装在浮升气囊囊体下部，用于对任务目标进行监视和跟踪；
所述挂架连接件5安装在浮升气囊囊体下部，用于连接所述浮升气囊囊体和所述巡飞导弹。
优选地，所述巡飞导弹为充气机翼式导弹，包括弹体6、战斗部7、充气式机翼8、发动机10、尾舵11和充气装置；所述充气装置与所述充气式机翼相连接，设置在弹体内；所述充气式机翼8设置在所述弹体中部左右两侧，发射前折叠存放于弹体内部，当导弹发射后通过充气装置充气展开；所述尾舵和发动机均设置在弹体的尾部，所述发动机为导弹飞行提供推力；所述战斗部7设置在所述弹体的头部。
优选地，所述充气式机翼8为多气管式充气机翼，包括左机翼81、右机翼82和中间固定螺栓83，所述左机翼81、右机翼82均由机翼蒙皮84、TPU薄膜气管85、粘合点粘胶86构成，充气式机翼8的内部TPU薄膜气管85充满高压气体后，通过薄膜张力产生充气式机翼的气动外形。
优选地，所述巡飞导弹还包括充气式机翼保护罩9，所述充气式机翼保护罩通过爆炸螺栓安装在弹体上，爆炸螺栓启动后能够实现丢弃充气式机翼保护罩。
优选地，所述挂架连接件5由挂架连接支座51和卡扣式挂架52组成；所述挂架连接支座51的上部为倒立式球冠状的柔性薄膜蒙皮，下端为镂空式的金属铝支架，通过螺栓与卡扣式挂架52进行连接。
优选地，所述发动机10为吸气式涡轮喷气发动机，包括发动机进气道101和发动机喷嘴102，所述发动机进气道设置在靠近弹体尾部位置的弹体下侧，所述发动机喷嘴102设置在弹体尾部的正后侧。
优选地，所述尾舵11由水平尾舵111和垂直尾舵112组成，用于调节升降方向和偏航方向的姿态。
优选地，所述浮升气囊囊体内部填充密度小于空气的气体。
优选地，所述螺旋桨推进器的数量为4个，对称设置在所述浮升气囊囊体的中部外表面上，通过产生不同方向的推力来控制整个飞行器的姿态、路径和速度。
优选地，所述侦察设备4由红外相机和激光测距仪组成。
优选地，所述浮升气囊囊体内部填充密度小于空气的气体为氦气。
本发明还提供了一种充气机翼式可驻留飞行器的应用方法，采用上述的充气机翼式可驻留飞行器，包括以下步骤：
步骤一、充气机翼式可驻留飞行器发射升空，巡航至目标区域；
步骤二、巡飞导弹弹体和浮升气囊囊体分离，充气式机翼保护罩同时打开，充气式机翼迅速充气展开，巡飞导弹弹体瞬间变形成巡飞导弹无人机；
步骤三：巡飞导弹无人机巡航飞行至目标区域；
步骤四：充气式机翼和巡飞导弹弹体分离；
步骤五：巡飞导弹弹体对目标实施精确打击。
本发明与现有技术相比具有以下优点：(1)本发明综合了现有反恐作战武器的各方面优势，将侦查飞艇、无人飞行器、导弹等作战武器的功能和优势集中设计整合，是一种具有浮空悬停驻留、垂直起降、超长航时、低成本、察打一体、快速响应的浮空式可变形导弹一体飞行器。(2)依据本发明飞行器还提出一种新型未来战场作战模式，收到打击命令后可直接从空中驻留悬停的浮空气囊囊体上发射充气机翼式可变形巡飞导弹进行快速攻击，相比传统的打击模式，这种作战方式的响应速度得到大幅提升。(3)综合考虑了充气机翼式可变形导弹挂载的稳定性要求，以及柔性浮空气囊囊体与挂件的连接要求，采用了一种柔性充气机翼式巡飞导弹的挂弹结构挂架连接件，通过镂空设计减小挂架连接件的重量，与浮空气囊囊体连接处采用球冠面连接方式以减小应力集中，与巡飞导弹弹体连接处采用卡扣式结构，提高巡飞导弹的飞行和发射稳定性。(4)本发明充气式机翼采用了一种多气管式充气机翼结构，充气式机翼由多个气管组成气室结构，相比多气梁式充气机翼，加工工艺性能得到较大提高。(5)本发明利用浮空气囊囊体的静浮力和顶部太阳能电池板循环供电解决了飞行器长期空中驻留悬停问题，同时采用卡扣式结构挂弹结构实现了浮空气囊囊体与巡飞导弹的瞬间分离，充气式机翼瞬间充气展开后，巡飞导弹瞬间变形成无人机在空中实现盘旋巡航飞行以对目标区域进行侦察观测、应急通信、灾情监测等，并且还可通过充气式机翼与巡飞导弹弹体切割分离，实现导弹对敌对目标的快速响应打击。本发明集成了浮空器、无人机、充气机翼式可变形导弹三种飞行器的多种应用功能优势。
附图说明
图1为本发明飞行器的结构示意图；
图2为浮空气囊囊体内部结构图；
图3为浮空气囊囊体与巡飞导弹弹体连接的挂架连接件结构图；
图4为充气式机翼展开状态下的巡飞导弹结构示意图；
图5为充气式机翼内部结构图；
图6为一种充气机翼式可驻留飞行器功能应用示意图。
图中标号说明，1、浮升气囊囊体，2、螺旋桨推进器，3、太阳能电池板，4、侦察设备，5、挂架连接件，6、巡飞导弹弹体，7、战斗部，8、充气式机翼，9、充气式机翼保护罩，10、发动机，11、尾舵，12、凯夫拉张线，13、外部蒙皮，14、柔性气梁隔板，15、氦气，51、挂架连接支座，52、卡扣式挂架，81、左机翼，82、右机翼，83、中间固定螺栓，84、机翼蒙皮，85、TPU薄膜气管，86、粘合点粘胶，87、常压气体，88、高压气体，101、发动机进气道，102、发动机喷嘴，111、水平尾舵，112、垂直尾舵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明技术方案作进一步说明。
本发明所提供的一种充气机翼式可驻留飞行器，是一种具有浮空悬停驻留、垂直起降、超长航时、低成本、察打一体、快速响应的浮空式可变形导弹一体飞行器。
本发明特征部分结构如图1～图5所示，包括浮升气囊囊体1、螺旋桨推进器2、太阳能电池板3、侦察设备4、挂架连接件5、巡飞导弹弹体6、战斗部7、充气式机翼8、充气式机翼保护罩9、发动机10、尾舵11；其中浮升气囊囊体1为球状薄膜结构，内部由凯夫拉张线12、外部蒙皮13、柔性气梁隔板14构成，内部充气气体为氦气15，凯夫拉张线12和柔性气梁隔板14提供浮升气囊囊体1的内部张力，以维持浮升气囊囊体1的形状；挂架连接件5由挂架连接支座51和卡扣式挂架52组成，挂架连接支座51的上部为倒立式球冠状的柔性薄膜蒙皮，下端为镂空式的金属铝支架，通过螺栓与卡扣式挂架52进行连接；发动机10为吸气式涡轮喷气发动机，包括发动机进气道101和发动机喷嘴102，提供导弹巡航飞行所需的推力；尾舵11由水平尾舵111和垂直尾舵112，分别用来调节升降方向和偏航方向的姿态；充气式机翼8为多气管式充气机翼，包括左机翼81、右机翼82和中间固定螺栓83，左机翼81、右机翼82均由机翼蒙皮84、TPU薄膜气管85(TPU：热塑性聚氨酯弹性体橡胶)、粘合点粘胶86、常压气体87和气管内的高压气体88构成，充气式机翼8的内部TPU薄膜气管85充满高压气体88后，薄膜张力以产生充气式机翼8所需的气动外形。
浮升气囊囊体1上部安装球冠状的太阳能电池板3，其为柔性结构，其产生的电能可同时提供给螺旋桨推进器2和侦察设备4；螺旋桨推进器2均匀安装在浮升气囊囊体1中部的外表面，通过产生不同方向的推力来控制整个飞行器的姿态、路径和速度；浮升气囊囊体1下部安装的侦察设备4采用红外昼/夜间相机和激光测距仪(带有方位指示器)设备，可精确定位12千米或更远的目标，提供持续的、360度视角的战场情报覆盖。浮升气囊囊体1下部与倒立式球冠状挂架连接支座51采用高粘度胶粘方式连接，挂架连接支座51采用镂空设计减小挂载结构质量，并减小应力集中，挂架连接件5通过卡扣式挂架52与巡飞导弹弹体6连接，便于导弹的快速装卸与分离；充气式机翼8未展开时，折叠在巡飞导弹弹体6的内部，充气式机翼8通过充气式机翼保护罩9固定保护，当启动智能变形程序，与上部浮升气囊囊体1脱离时，充气式机翼保护罩9瞬间打开并脱落，充气式机翼8通过巡飞导弹弹体6内部的高压气瓶快速充气展开形成光滑的气动外形；战斗部7采用小型多模式EPP(EPP：动能杀爆)战斗部，实施例中可根据目标特性选择对应起爆方式。
实施例中该飞行器还包括现有技术中常规部件，以满足飞行器能够正常飞行，主要包括飞行控制系统、传感器，通信设备等部件，飞行控制系统用于控制飞行方向，通过控制各个螺旋桨的速度来控制方向，传感器用于传递侦察设备拍摄数据信息，通信设备用于各部件之间的指令传输。
本发明还提供了一种充气机翼式可驻留飞行器的应用，由浮升气囊囊体携带侦察设备和巡飞导弹弹体垂直升空，巡航至目标区域附近，可执行侦察、应急通信、空中监视、移动中继、地质勘查、灾情监测、反恐、敌对目标快速打击等多种任务，并发现敌对目标后，启动充气式机翼、巡飞导弹弹体和浮升气囊囊体分离程序，快速对敌对目标实施打击。如图6所示，具体包括以下步骤：
步骤一、飞行器发射升空，巡航至目标区域
具体实施例中，根据预设飞行高度和飞行器的总体重量，确定飞行器浮升气囊囊体1的内充氦气气体的重量，浮升气囊囊体1通过静浮力平衡自身整体的重量实现垂直升空发射；螺旋桨推进器2产生不同方向的推力来控制整个飞行器的姿态、航迹和速度；同时利用侦察设备4对巡航区域执行侦察、监视、搜索、通信等任务，此过程中充气式机翼8折叠收缩在巡飞导弹的弹体内部，由充气式机翼保护罩固定保护。
步骤二、巡飞导弹弹体和浮升气囊囊体分离
巡航至目标区域上空附近区域5-10km范围内时，收到打击命令后，飞行器利用侦察设备对任务目标进行监视和跟踪，确定目标范围后，卡扣式挂架松开，巡飞导弹弹体和浮升气囊囊体瞬间分离，此时启动充气式机翼保护罩的爆炸螺栓装置，充气式机翼保护罩同时打开，充气式机翼(左机翼81、右机翼82同时充气)迅速充气展开，巡飞导弹弹体瞬间变形成巡飞导弹无人机，大展长比和高升阻比的充气式机翼提供巡飞导弹弹体飞行的升力，可进一步实现对目标区域的精细化近距离的盘旋巡航搜索、侦察、监视和跟踪。
步骤三：巡飞导弹在目标区域巡航飞行
巡飞导弹无人机巡航飞行时由尾部的助推发动机提供推力，通过尾舵调整姿态，快速飞行至目标区域上空，实现高效率的巡航飞行，使其稳定地在目标区域上空附近1-2km范围内盘旋飞行，实现对需要打击目标的详细判断、并为指控方提供近距离打击目标或决策的实时依据。
步骤四：充气式机翼和巡飞导弹弹体分离
当接收到需要对目标进行打击命令时，启动充气式机翼分离程序，充气式机翼(左机翼81、右机翼82同时)和巡飞导弹弹体分离，空中快速抛弃充气式机翼，以减小巡飞导弹弹体进一步打击目标的飞行速度，提高攻击效果。
步骤五：巡飞导弹弹体对目标实施精确打击
巡飞导弹弹体抛弃充气式机翼后，巡飞导弹弹体锁定需要打击的敌对目标，同时尾部涡喷发动机以最大功率运行，提供最大推力使得巡飞导弹弹体飞行目标锁定位置，实现巡飞导弹弹体快速对目标实施打击。从而实现了飞行器空中悬停驻留、空中近距离盘旋巡航飞行以及对目标的快速响应打工等多种应用功能。
上述实施方式仅为本发明的一个典型的实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明主要综合功能的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种充气机翼式可驻留飞行器，其特征在于：包括浮升气囊囊体(1)、螺旋桨推进器(2)、太阳能电池板(3)、侦察设备(4)、挂架连接件(5)、巡飞导弹；
所述浮升气囊囊体(1)为球状薄膜结构，内部由凯夫拉张线(12)和柔性气梁隔板(14)组成，外部覆盖蒙皮(13)，所述凯夫拉张线(12)和柔性气梁隔板(14)提供浮升气囊囊体(1)的内部张力，以维持浮升气囊囊体(1)的形状；
所述螺旋桨推进器(2)安装在浮升气囊囊体的外表面；
所述太阳能电池板(3)为柔性结构，安装在浮升气囊囊体的上半部外表面，太阳能电池板产生的电能提供给螺旋桨推进器(2)和侦察设备(4)；
所述侦察设备(4)安装在浮升气囊囊体下部，用于对任务目标进行监视和跟踪；
所述挂架连接件(5)安装在浮升气囊囊体下部正下方位置，用于连接所述浮升气囊囊体和所述巡飞导弹；
所述挂架连接件(5)由挂架连接支座(51)和卡扣式挂架(52)组成；所述挂架连接支座(51)的上部为倒立式球冠状的柔性薄膜蒙皮，下端为镂空式的金属铝支架，通过螺栓与卡扣式挂架(52)进行连接。
2.如权利要求1所述的一种充气机翼式可驻留飞行器，其特征在于：所述巡飞导弹为充气机翼式导弹，包括弹体(6)、战斗部(7)、充气式机翼(8)、发动机(10)、尾舵(11)和充气装置；所述充气装置与所述充气式机翼相连接，设置在弹体内；所述充气式机翼(8)设置在所述弹体中部左右两侧，发射前折叠存放于弹体内部，当导弹发射后通过充气装置充气展开；所述尾舵和发动机均设置在弹体的尾部，所述发动机为导弹飞行提供推力；所述战斗部(7)设置在所述弹体的头部；
所述充气式机翼(8)为多气管式充气机翼，包括左机翼(81)、右机翼(82)和中间固定螺栓(83)，所述左机翼(81)、右机翼(82)均由机翼蒙皮(84)、TPU薄膜气管(85)、粘合点粘胶(86)构成，充气式机翼(8)的内部TPU薄膜气管(85)充满高压气体后，通过薄膜张力产生充气式机翼的气动外形。
3.如权利要求2所述的一种充气机翼式可驻留飞行器，其特征在于：所述巡飞导弹还包括充气式机翼保护罩(9)，所述充气式机翼保护罩通过爆炸螺栓安装在弹体上，爆炸螺栓启动后能够实现丢弃充气式机翼保护罩。
4.如权利要求2所述的一种充气机翼式可驻留飞行器，其特征在于：所述发动机(10)为吸气式涡轮喷气发动机，包括发动机进气道(101)和发动机喷嘴(102)，所述发动机进气道设置在靠近弹体尾部位置的弹体下侧，所述发动机喷嘴(102)设置在弹体尾部的正后侧。
5.如权利要求2所述的一种充气机翼式可驻留飞行器，其特征在于：所述尾舵(11)由水平尾舵(111)和垂直尾舵(112)组成，用于调节升降方向和偏航方向的姿态。
6.如权利要求1或2所述的一种充气机翼式可驻留飞行器，其特征在于：所述浮升气囊囊体内部填充密度小于空气的气体。
7.如权利要求1或2所述的一种充气机翼式可驻留飞行器，其特征在于：所述螺旋桨推进器的数量为4个，对称设置在所述浮升气囊囊体的中部外表面上，通过产生不同方向的推力来控制整个飞行器的姿态、路径和速度。
8.如权利要求1或2所述的一种充气机翼式可驻留飞行器，其特征在于：所述侦察设备(4)由红外相机和激光测距仪组成。
9.一种充气机翼式可驻留飞行器的应用方法，采用如权利要求2所述的充气机翼式可驻留飞行器，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、飞行器发射升空，巡航至目标区域；
步骤二、巡飞导弹弹体和浮升气囊囊体分离，充气式机翼保护罩同时打开，充气式机翼迅速充气展开，巡飞导弹弹体瞬间变形成巡飞导弹无人机；
步骤三：巡飞导弹无人机巡航飞行至目标区域；
步骤四：充气式机翼和巡飞导弹弹体分离；
步骤五：巡飞导弹弹体对目标实施精确打击。
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