CN108820204A - 模块化超音速无人机 - Google Patents

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CN108820204A CN201810870175.6A CN201810870175A CN108820204A CN 108820204 A CN108820204 A CN 108820204A CN 201810870175 A CN201810870175 A CN 201810870175A CN 108820204 A CN108820204 A CN 108820204A
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王文剑
尚栢荣
凡洪林
李珂
陈万里
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Abstract

本公开提供一种模块化超音速无人机，包括：缓冲吸能头锥、任务载荷舱、中央机身舱、发动机舱以及机翼；任务载荷舱的前端与缓冲吸能头锥的尾部可拆卸连接，中央机身舱的前端与任务载荷舱的尾部可拆卸连接，并与任务载荷舱电气连接，发动机舱的前端与中央机身舱的尾部可拆卸连接，并与中央机身舱电气与管路连接，机翼的连接端面与中央机身舱的侧面可拆卸连接，并与中央机身舱电气连接。本公开提供的模块化超音速无人机由多个模块组成，拆卸后单体尺寸较小，便于转场运输和拆装。

Description

模块化超音速无人机
技术领域
本公开涉及航空飞行器技术领域，尤其涉及一种模块化超音速无人机。
背景技术
超音速无人机与亚音速飞机在气动外形上一般差别较大，如超音速无人机机身长细比较大、机翼后掠角较大、机翼展弦比较小等，这是因为在超音速飞行时，无人机的激波阻力是全机阻力的主要组成部分，且此时全机阻力远大于亚音速飞行的阻力，因而超音速无人机气动外形优化的首要目标就是减小激波阻力。减小激波阻力的有效途径之一就是减小全机等效旋成体的最大截面积，因而超音速无人机的机体呈现较大的长细比，一般在12以上；另一种减阻途径就是增大翼面的后掠角，使翼面处于超音速飞行时的激波锥之后，从而使机翼处于亚音速流中，因此超音速无人机的机翼后掠角较大；由于超音速无人机的飞行跨度较大，要使外形满足从低速到超音速的气动需求，其升力系数斜率不能太大，且应尽量增大失速攻角，这正是小展弦比机翼的气动特点，因此超音速无人机的展弦比一般较小。
目前无人机设计都是基于一种有利飞行速度进行设计的，也就是基于巡航速度进行航时和航程设计的，但不同的飞行任务对飞行速度和航时的要求是不同的，有些飞行任务需要更高的速度，例如超音速靶机供靶，而有些需要更长的航时，例如侦察监视，同时因挂载能力的限制，目前军用无人机在不同作战任务要求下需更换不同的任务载荷，因无人机航电系统集成度较高，一般更换载荷需在内场库房完成，更换完成后需对全系统进行测试和检查
然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，一型无人机很难满足多种任务需求，一般的解决办法是针对不同的任务设计不同构型的无人机，但对于时效性很强的应急作战任务，这种设计策略显然不能满足需求；同时，由于地勤人员在每次更换载荷时都需对载荷舱盖进行拆装，操作过程中难免有误操作或损坏其他系统设备的风险。
公开内容
(一)要解决的技术问题
基于上述技术问题，本公开提供一种模块化超音速无人机，以缓解现有技术中的无人机一种机型很难满足多种任务需求，同时拆装操作过程中容易误操作或损坏其他系统设备的技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种模块化超音速无人机，包括：缓冲吸能头锥，用于在无人机伞降着陆时触地吸能，保护机体结构和机载设备；任务载荷舱，其前端与所述缓冲吸能头锥的尾部可拆卸连接，用于安装任务载荷；中央机身舱，其前端与所述任务载荷舱的尾部可拆卸连接，并与所述任务载荷舱电气连接，用于安装机载航电设备、回收伞和油箱；发动机舱，其前端与所述中央机身舱的尾部可拆卸连接，并与所述中央机身舱电气与管路连接，用于安装涡轮喷气发动机、尾喷管和尾翼；以及机翼，其连接端面与所述中央机身舱的侧面可拆卸连接，并与所述中央机身舱电气连接。
在本公开的一些实施例中，所述缓冲吸能头锥与所述任务载荷舱之间、所述任务载荷舱与所述中央机身舱之间以及所述中央机身舱与所述发动机舱之间采用翻边配合，并通过径向螺栓可拆卸连接；其中，所述发动机舱和所述中央机身舱的连接端面上设置有帽型梁。
在本公开的一些实施例中，其中：所述中央机身舱包括：内侧前耳片，设置于所述中央机身舱的侧面；内侧后耳片，设置于所述中央机身舱的侧面，其与所述内侧前耳片沿所述中央机身舱的轴向间隔设置；所述机翼包括：外侧前耳片，设置于所述机翼与所述中央机身舱的连接端面，并与所述内侧前耳片可拆卸连接；外侧后耳片，设置于所述机翼与所述中央机身舱的连接端面，其与所述外侧前耳片沿所述机翼的弦向间隔设置，并与所述内侧后耳片可拆卸连接。
在本公开的一些实施例中，其中：所述内侧前耳片和所述内侧后耳片均包括：沿所述中央机身舱轴向设置的第一耳片和第二耳片；所述内侧前耳片的所述第一耳片和所述第二耳片夹设在所述外侧前耳片的两侧面上；所述内侧后耳片的所述第一耳片和所述第二耳片夹设在所述外侧后耳片的两侧面上。
在本公开的一些实施例中，所述内侧前耳片、所述外侧前耳片、所述内侧后耳片以及所述外侧后耳片上均设置有沿竖直方向排列的第一通孔和第二通孔；其中：所述内侧前耳片和所述外侧前耳片的所述第一通孔的直径为12mm；所述内侧前耳片和所述外侧前耳片的所述第二通孔的直径为10mm；所述内侧后耳片和所述外侧后耳片的所述第一通孔的直径为8mm；所述内侧后耳片和所述外侧后耳片的所述第二通孔的直径为6mm。
在本公开的一些实施例中，所述机翼与所述中央机身舱的连接处设置有翼身整流外罩。
在本公开的一些实施例中，其中：
所述机翼内还设置有：前梁，其为工字形贯穿梁，贯穿整个所述机翼；后梁，其为C字形短梁，与所述前梁连接，并与所述前梁呈y字形设置；其中，所述外侧前耳片与所述前梁连接，所述外侧后耳片与所述后梁连接；所述中央机身舱还包括：两个环形框，该环形框环绕所述中央机身舱的轴线设置，并沿所述中央机身舱的轴向间隔设置；其中，所述内侧前耳片和所述内侧后耳片分别与两个所述环形框连接；所述机翼还包括：副翼舵面，其与所述机翼通过所述副翼舵面的两端转轴连接；所述发动机舱还包括：全动尾翼舵面，其与所述发动机舱通过翼根转轴连接；其中，所述全动尾翼舵面和副翼舵面为全夹心复材结构，利用四块舵面的偏转实现无人机的三轴操纵。
在本公开的一些实施例中，所述机翼包括：超音速机翼，其后掠角大于45°，展弦比小于4；以及长航时机翼，后掠角不大于45°、展弦比不小于4。
在本公开的一些实施例中，所述任务载荷舱包括：装载角反射器的第一任务舱；装载高清航空相机的第二任务舱；以及装载光电吊舱的第三任务舱。
在本公开的一些实施例中，其中：所述中央机身舱和所述任务载荷舱的连接端面、所述发动机舱和所述中央机身舱的连接端面以及所述机翼和所述中央机身舱的连接端面均设置有航空连接器；所述发动机舱和所述中央机身舱的连接端面还设置有油管快速连接阀。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的模块化超音速无人机具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)本公开提供的模块化超音速无人机由多个模块组成，拆卸后单体尺寸较小，便于转场运输和拆装；
(2)本公开提供的模块化超音速无人机通过更换故障舱段可快速修复无人机，迅速投入使用，平均故障修复时间大大缩短，外场维修维护灵活，两套无人机便可实现冗余备份和多用途飞行，综合保障设备和系统使用成本相比多型单一任务的无人机要更低；
(3)本公开提供的模块化超音速无人机可临时紧急更换任务载荷和机翼，快速切换飞行任务，任务适应性强。
附图说明
图1为本公开实施例提供的模块化超音速无人机的结构爆炸示意图。
图2为图1所示模块化超音速无人机中缓冲吸能头锥与任务载荷舱的翻边配合连接示意图。
图3为图1所示模块化超音速无人机中机翼与中央机身舱的连接端面的结构示意图。
图4为本公开实施例提供的模块化超音速无人机(长航时侦察型)的整体装配示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
10-缓冲吸能头锥；
20-任务载荷舱；
30-中央机身舱；
31-内侧前耳片；
32-内侧后耳片；
33-翼身整流外罩；
34-帽型梁；
35-环形框；
40-发动机舱；
41-全动尾翼舵面；
50-机翼；
51-外侧前耳片；
52-外侧后耳片；
53-前梁；
54-后梁；
55-副翼舵面；
60-径向螺栓；
70-螺母。
具体实施方式
本公开实施例提供的模块化超音速无人机通过更换故障舱段可快速修复无人机，迅速投入使用，平均故障修复时间大大缩短，外场维修维护灵活，两套无人机便可实现冗余备份和多用途飞行，综合保障设备和系统使用成本相比多型单一任务的无人机要更低。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开实施例提供一种模块化超音速无人机，如图1所示，包括：缓冲吸能头锥10，用于在无人机伞降着陆时触地吸能，保护机体结构和机载设备；任务载荷舱20，其前端与缓冲吸能头锥10的尾部可拆卸连接，用于安装任务载荷；中央机身舱30，其前端与任务载荷舱20的尾部可拆卸连接，并与任务载荷舱20电气连接，用于安装机载航电设备、回收伞和油箱，机载航电设备是每次飞行必须装载的设备，包括飞控计算机、小型惯性导航组合、电源变换器、配电器、数据链收发组合、卫星天线、数据链天线等，回收伞用于飞行任务结束后着陆回收，油箱为发动机燃油储箱，为发动机提供燃料；发动机舱40，其前端与中央机身舱30的尾部可拆卸连接，并与中央机身舱30电气与管路连接，用于安装涡轮喷气发动机、尾喷管和尾翼，发动机安装于该舱段的前框端面，尾翼及其执行机构安装在该舱段的上部整流鼓包上；以及机翼50，其连接端面与中央机身舱30的侧面可拆卸连接，并与中央机身舱30电气连接，本公开实施例提供的模块化超音速无人机由多个模块组成，拆卸后单体尺寸较小，便于转场运输和拆装，并且通过更换故障舱段可快速修复无人机，迅速投入使用，平均故障修复时间大大缩短，外场维修维护灵活，两套无人机便可实现冗余备份和多用途飞行，综合保障设备和系统使用成本相比多型单一任务的无人机要更低。
在本公开的一些实施例中，如图2所示，缓冲吸能头锥10与任务载荷舱20之间、任务载荷舱20与中央机身舱30之间以及中央机身舱30与发动机舱40之间采用翻边配合，并通过径向螺栓60(及螺母70)可拆卸连接；其中，发动机舱40与中央机身舱30的主要传力方向为机身轴向，因此在发动机舱40和中央机身舱30的连接端面上设置有帽型梁，用于传递力载荷。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，中央机身舱30包括：内侧前耳片31，设置于中央机身舱30的侧面；内侧后耳片32，设置于中央机身舱30的侧面，其与内侧前耳片31沿中央机身舱的轴向间隔设置。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，机翼50包括：外侧前耳片51，设置于机翼50与中央机身舱30的连接端面，并与内侧前耳片31可拆卸连接；以及外侧后耳片52，设置于机翼50与中央机身舱30的连接端面，其与外侧前耳片51沿机翼50的弦向间隔设置，并与内侧后耳片32可拆卸连接。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，其中：内侧前耳片31和内侧后耳片32均包括：沿中央机身舱30轴向设置的第一耳片和第二耳片；内侧前耳片31的第一耳片和第二耳片夹设在外侧前耳片51的两侧面上；内侧后耳片32的第一耳片和第二耳片夹设在外侧后耳片52的两侧面上，。
在本公开的一些实施例中，内侧前耳片31、外侧前耳片51、内侧后耳片32以及外侧后耳片52上均设置有沿竖直方向排列的第一通孔和第二通孔。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，内侧前耳片31和外侧前耳片51的第一通孔的直径为12mm；内侧前耳片31和外侧前耳片51的第二通孔的直径为10mm；内侧后耳片32和外侧后耳片52的第一通孔的直径为8mm；内侧后耳片32和外侧后耳片52的第二通孔的直径为6mm。
在本公开的一些实施例中，机翼50与中央机身舱30的连接处设置有翼身整流外罩33。
在本公开的一些实施例中，如图3所示，机翼50内还设置有：前梁53，其为工字形贯穿梁，贯穿整个机翼50；以及后梁54，其为C字形短梁，与前梁53连接，并与前梁53呈y字形设置；其中，外侧前耳片51与前梁53连接，外侧后耳片52与后梁54连接。
在本公开的一些实施例中，中央机身舱30还包括：两个环形框35，该环形框35环绕中央机身舱30的轴线设置，并沿中央机身舱30的轴向间隔设置；其中，内侧前耳片31和内侧后耳片32分别与两个环形框35连接，传递机翼50的剪力、弯矩和扭矩。
在本公开的一些实施例中，机翼50还包括：副翼舵面55，其与机翼50通过副翼舵面55的两端转轴连接；
在本公开的一些实施例中，发动机舱40还包括：全动尾翼舵面41，其与发动机舱40通过翼根转轴连接，全动尾翼舵面41和副翼舵面55是全夹心复材结构，利用四块舵面(即两块副翼舵面55和两块全动尾翼舵面41)的偏转实现无人机的三轴操纵；其中，副翼舵面55采用机翼后缘单片舵面，尾翼舵面41采用全动V型尾翼。
在本公开的一些实施例中，如图1所示，机翼50包括：超音速机翼，其后掠角大于45°，展弦比小于4；以及长航时机翼，后掠角不大于45°、展弦比不小于4；超音速机翼和长航时机翼为两对备选的机翼，两对机翼的连接端面上的连接耳片和端面翼型的尺寸位置完全一致，可互相替换，根据飞行任务成对安装在中央机身舱30上，超音速机翼采用大后掠小展弦比三角翼布局，可实现中高空更高的飞行速度；长航时机翼采用中小后掠中等展弦比梯形翼布局，可实现中高空更长的航时，超音速机翼可实现中高空Ma1.8的最大飞行速度，巡航速度为Ma1.2，航时为60min；长航时机翼可实现中高空Ma1.2的最大飞行速度，巡航速度为Ma0.8，航时为100min。
在本公开的一些实施例中，如图1所示，任务载荷舱20包括：装载角反射器的第一任务舱；装载高清航空相机的第二任务舱；以及装载光电吊舱的第三任务舱，任务载荷舱20为任务载荷的安装舱段，每种任务载荷在出厂前都被组装成独立且外形尺寸相同的舱段，每次飞行任务前选择相应的任务载荷舱20并进行全机组装，从而实现应对不同的飞行任务。
在本公开的一些实施例中，中央机身舱30和任务载荷舱20的连接端面设置有航空连接器，实现任务载荷的通信与供电。
在本公开的一些实施例中，发动机舱40和中央机身舱30的连接端面设置有航空连接器和皮质油管快速连接阀，用于ECU、尾翼舵机的通信、供电和发动机的燃油供应。
在本公开的一些实施例中，机翼50和中央机身舱30的连接端面设置有航空连接器，用于副翼舵面与中央机身舱30内设备的通信与供电。
本公开实施例提供的模块化超音速无人机(长航时侦察型)的整体装配示意图如图4所示，机身采用大长细比(大于12)旋成体机身外形，背部S型进气道，采用带附面层隔道的二维斜板式进气口，全机的主要飞控、导航、链路和航电设备都安装在任务载荷舱20和中央机身舱30内，燃油箱在中央机身舱30内，位于重心附近，减小因耗油带来的全机纵向配平干扰。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开实施例提供的模块化超音速无人机有了清楚的认识。
综上所述，本公开实施例提供的模块化超音速无人机将无人机中的各主要部件采用模块化装配，通过更换故障舱段即可快速修复无人机，迅速投入使用，平均故障修复时间大大缩短，外场维修维护灵活，两套无人机便可实现冗余备份和多用途飞行，综合保障设备和系统使用成本相比多型单一任务的无人机要更低。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化超音速无人机，包括：
缓冲吸能头锥，用于在无人机伞降着陆时触地吸能，保护机体结构和机载设备；
任务载荷舱，其前端与所述缓冲吸能头锥的尾部可拆卸连接，用于安装任务载荷；
中央机身舱，其前端与所述任务载荷舱的尾部可拆卸连接，并与所述任务载荷舱电气连接，用于安装机载航电设备、回收伞和油箱；
发动机舱，其前端与所述中央机身舱的尾部可拆卸连接，并与所述中央机身舱电气与管路连接，用于安装涡轮喷气发动机、尾喷管和尾翼；以及
机翼，其连接端面与所述中央机身舱的侧面可拆卸连接，并与所述中央机身舱电气连接。
2.根据权利要求1所述的模块化超音速无人机，所述缓冲吸能头锥与所述任务载荷舱之间、所述任务载荷舱与所述中央机身舱之间以及所述中央机身舱与所述发动机舱之间采用翻边配合，并通过径向螺栓可拆卸连接；
其中，所述发动机舱和所述中央机身舱的连接端面上设置有帽型梁。
3.根据权利要求1所述的模块化超音速无人机，其中：
所述中央机身舱包括：
内侧前耳片，设置于所述中央机身舱的侧面；
内侧后耳片，设置于所述中央机身舱的侧面，其与所述内侧前耳片沿所述中央机身舱的轴向间隔设置；
所述机翼包括：
外侧前耳片，设置于所述机翼与所述中央机身舱的连接端面，并与所述内侧前耳片可拆卸连接；
外侧后耳片，设置于所述机翼与所述中央机身舱的连接端面，其与所述外侧前耳片沿所述机翼的弦向间隔设置，并与所述内侧后耳片可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的模块化超音速无人机，其中：
所述内侧前耳片和所述内侧后耳片均包括：沿所述中央机身舱轴向设置的第一耳片和第二耳片；
所述内侧前耳片的所述第一耳片和所述第二耳片夹设在所述外侧前耳片的两侧面上；
所述内侧后耳片的所述第一耳片和所述第二耳片夹设在所述外侧后耳片的两侧面上。
5.根据权利要求4所述的模块化超音速无人机，所述内侧前耳片、所述外侧前耳片、所述内侧后耳片以及所述外侧后耳片上均设置有沿竖直方向排列的第一通孔和第二通孔；
其中：
所述内侧前耳片和所述外侧前耳片的所述第一通孔的直径为12mm；
所述内侧前耳片和所述外侧前耳片的所述第二通孔的直径为10mm；
所述内侧后耳片和所述外侧后耳片的所述第一通孔的直径为8mm；
所述内侧后耳片和所述外侧后耳片的所述第二通孔的直径为6mm。
6.根据权利要求5所述的模块化超音速无人机，所述机翼与所述中央机身舱的连接处设置有翼身整流外罩。
7.根据权利要求4所述的模块化超音速无人机，其中：
所述机翼内还设置有：
前梁，其为工字形贯穿梁，贯穿整个所述机翼；
后梁，其为C字形短梁，与所述前梁连接，并与所述前梁呈y字形设置；
其中，所述外侧前耳片与所述前梁连接，所述外侧后耳片与所述后梁连接；
所述中央机身舱还包括：
两个环形框，该环形框环绕所述中央机身舱的轴线设置，并沿所述中央机身舱的轴向间隔设置；
其中，所述内侧前耳片和所述内侧后耳片分别与两个所述环形框连接；
所述机翼还包括：副翼舵面，其与所述机翼通过所述副翼舵面的两端转轴连接；
所述发动机舱还包括：全动尾翼舵面，其与所述发动机舱通过翼根转轴连接；
其中，所述全动尾翼舵面和副翼舵面为全夹心复材结构，利用四块舵面的偏转实现无人机的三轴操纵。
8.根据权利要求1所述的模块化超音速无人机，所述机翼包括：
超音速机翼，其后掠角大于45°，展弦比小于4；以及
长航时机翼，后掠角不大于45°、展弦比不小于4。
9.根据权利要求1所述的模块化超音速无人机，所述任务载荷舱包括：
装载角反射器的第一任务舱；
装载高清航空相机的第二任务舱；以及
装载光电吊舱的第三任务舱。
10.根据权利要求1所述的模块化超音速无人机，其中：
所述中央机身舱和所述任务载荷舱的连接端面、所述发动机舱和所述中央机身舱的连接端面以及所述机翼和所述中央机身舱的连接端面均设置有航空连接器；
所述发动机舱和所述中央机身舱的连接端面还设置有油管快速连接阀。
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