CN109292093B - 一种转筒式下投探空仪弹射装置及探空仪投放方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转筒式下投探空仪弹射装置，包括整流罩、壳体、弹射装置本体和探空仪加速装置，壳体上开设有探空仪投放口，弹射装置本体包括固定座、丝杠、管束固定架、碳管、滑块、管束转动驱动电机、丝杠转动驱动电机和探空仪加速机构。碳管转动，使单排探空仪掉落，滑块滑动，推动探空仪至探空仪出口，然后通过转动碳管使探空仪掉落。电磁铁通电，推杆受电磁力向探空仪投放口方向运动，将探空仪推出探空仪投放口。该装置设计巧妙，可靠性较高，能够完全实现探空仪自动化投放，无需人员全程操作。在无人机载荷重量及体积有限的前提下尽量多携带下投探空仪，在单架次飞行时获取尽可能多的宝贵的高空观测数据，极大地提高了观测结果的准确性。

Description

一种转筒式下投探空仪弹射装置及探空仪投放方法

技术领域

本发明涉及探空仪弹射装置，具体为一种可应用于高空无人机的转筒式下投探空仪弹射装置及探空仪投放方法。

背景技术

下投探空是将探空仪从飞艇、飞机（有人机或无人机）自高空投下，获取从下投平台到地（海）面的大气温度、湿度、气压、风向、风速等气象要素廓线资料的技术。不仅在许多大中型大气科学试验中有所应用，在台风监测预报中也具有一定贡献。

由于无人机载荷体积有限，目前的下投探空技术受限，单架次飞行时投放的探空仪的数量有限，获取的观测数据也是有限的，因此观测结果往往容易有些偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以应用于高空无人机的转筒式下投探空仪弹射装置及探空仪投放方法，以解决无人机载荷体积有限，单架次飞行时投放的探空仪的数量有限，获取的观测数据也是有限的，观测结果往往容易有些偏差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种转筒式下投探空仪弹射装置，包括整流罩、壳体、以及设置在壳体中的弹射装置本体、以及设置在壳体外的探空仪加速机构，所述壳体上开设有探空仪投放口，所述弹射装置本体包括：

固定座，上连接有管束转动驱动电机和丝杠转动驱动电机；

丝杠，其通过轴承连接在两个固定座上，并且其一端与丝杠转动驱动电机的输出端连接；

管束固定架，套在丝杠上并且可围绕丝杠转动；

碳管，围绕丝杠固定连接在管束固定架上形成碳管束，碳管上开设有与探空仪投放口相配合的探空仪出口，碳管上还开设有轴向的碳管滑槽；

滑块，其内设有与丝杠配合的内螺纹其端部穿过碳管滑槽并嵌入至碳管中；

管束转动驱动电机，其输出端通过齿轮传动机构驱动管束端部固定盘绕丝杠转动，从而带动碳管绕丝杠转动；

丝杠转动驱动电机，其输出端驱动所述丝杠转动，进而带动滑块沿碳管滑槽移动；

所述探空仪加速机构包括设置在壳体底部的投放通道和设置在投放通道中的加速机构。

优选地，所述固定座为两个，其中一个固定座上连接有管束转动驱动电机和丝杠转动驱动电机，另一个固定座上开设有与碳管配合用的探空仪入口。

优选地，所述管束固定架包括两个管束端部固定盘和固定连接在两个管束端部固定盘之间的若干管束加强杆，并且管束端部固定盘套在丝杠上。

优选地，所述管束端部固定盘之间还设有管束腰部固定盘，所述管束加强杆穿过管束腰部固定盘。

优选地，所述管束固定架外还套有管束套管，其上开有套管开口，所述套管开口与探空仪出口、探空仪投放口相配合。

优选地，所述加速机构包括电磁铁、推杆和弹簧，所述推杆穿过电磁铁，电磁铁后方的推杆外套有弹簧，所述推杆在电磁铁通电时向探空仪投放口方向运动，同时弹簧拉伸。

优选地，所述滑块上设有放射状的滑块凸起，所述滑块凸起穿过碳管滑槽并嵌入至碳管中。

优选地，所述齿轮传动机构包括连接在管束转动驱动电机的输出端上的管束转动驱动齿轮、以及设置在管束端部固定盘上并且与管束转动驱动齿轮相啮合的齿。

另外，本发明还提供了一种探空仪投放方法，具体包括以下步骤：

步骤一、将探空仪装入碳管中；

步骤二、启动管束转动驱动电机，碳管转动至探空仪出口对准套管开口和探空仪投放口，碳管中第一排的一个探空仪落入投放通道中；

步骤三、电磁铁通电，推杆受电磁力向探空仪投放口方向运动，将探空仪推出，同时弹簧受到牵引拉伸；电磁铁断电，弹簧释放回到原始长度，推杆被弹簧牵引拉回初始位置；

步骤四、重复步骤二至三，直到所有碳管中第一排的探空仪落入投放通道中并释放为止；

步骤五、关闭管束转动驱动电机，启动丝杠转动驱动电机，丝杠转动驱动电机驱动丝杠转动，带动滑块沿碳管滑槽向前滑动，进而推动探空仪向前移动，使第二排的探空仪移动至探空仪出口处；

步骤六、重复步骤二至五，依次使所有碳管中后排的探空仪落入投放通道中并释放。

优选地，所述步骤一中将探空仪装入碳管的具体步骤为：将探空仪从探空仪入口装入碳管中，一根碳管装满后，管束转动驱动电机反转，管束固定架逆时针转动，装填第二根碳管，然后依次将整个碳管装满。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：

（1）本发明的转筒式下投探空仪弹射装置启动管束转动驱动电机，碳管转动，使单排探空仪掉落。启动丝杠转动驱动电机，滑块滑动，推动探空仪至探空仪出口，然后通过转动碳管使探空仪掉落。电磁铁通电，推杆受电磁力向探空仪投放口方向运动，将探空仪推出探空仪投放口。该装置设计巧妙，无复杂机械机构，可靠性较高，能够完全实现探空仪自动化投放，无需人员全程操作。极大地降低了探空仪释放的难度。

（2）本发明的转筒式下投探空仪弹射装置在壳体底部设置投放通道，在探空仪落入投放通道后，电磁铁通电，推杆受磁力作用向探空仪出口运动将探空仪推出投放通道，保证探空仪以一定的速度投放。

（3）本发明的转筒式下投探空仪弹射装置根据现有下投探空仪的尺寸，满载时可携带24枚下投探空仪，在无人机载荷重量及体积有限的前提下尽量多携带下投探空仪，在单架次飞行时获取尽可能多的宝贵的高空观测数据，极大地提高了观测结果的准确性。

附图说明

图1为转筒式下投探空仪弹射装置的结构示意图（图中省略了管束套管和部分碳管）。

图2为图1中A-A剖面的示意图。

图3为碳管的结构示意图。

图4为管束套管的结构示意图。

图5为管束固定架与滑块、管束腰部固定盘的连接示意图。

图6为探空仪防护罩的结构示意图。

图7为投放通道的结构示意图。

图8为壳体的结构示意图。

附图标记：1-控制机构、2-整流罩、3-固定座、4-碳管、6-丝杠、7-滑块、8-滑块凸起、9-管束套管、10-探空仪出口、11-碳管滑槽、12-套管开口、13-探空仪入口、14-壳体、15-丝杠转动驱动电机、16-管束转动驱动电机、17-管束固定架、171-管束端部固定盘、172-管束加强杆、173-管束腰部固定盘、18-探空仪投放口、19-投放通道、20-探空仪防护罩、22-电磁铁、23-推杆、24-弹簧、25-齿轮传动机构、251-管束转动驱动齿轮、252-齿。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

如图1～8所示，一种转筒式下投探空仪弹射装置，包括整流罩（2）、壳体（14）、设置在壳体（14）中的弹射装置本体和控制机构（1）、以及设置在壳体外的探空仪加速装置，壳体（14）上开设有探空仪投放口（18），弹射装置本体包括固定座（3）、丝杠（6）、管束固定架（17）、碳管（4）、滑块（7）、管束转动驱动电机（16）、丝杠转动驱动电机（15）和探空仪加速机构。

固定座（3）有两个，其中一个固定座（3）上连接有管束转动驱动电机（16）和丝杠转动驱动电机（15），另一个固定座（3）上开设有与碳管（4）配合用的探空仪入口（13）。固定座（3）的数量可以根据探空仪的数量和长度进行确定。

丝杠（6）通过轴承连接在两个固定座（3）上，并且其一端与丝杠转动驱动电机（15）的输出端连接。

管束固定架（17）包括两个管束端部固定盘（171）和固定连接在两个管束端部固定盘（171）之间的若干管束加强杆（172），并且管束端部固定盘（171）套在丝杠（6）上。管束端部固定盘（171）之间还设有管束腰部固定盘（173），管束加强杆（172）穿过管束腰部固定盘（173）。

碳管（4）围绕丝杠（6）固定连接在管束固定架（17）上形成碳管束，碳管（4）上开设有与探空仪投放口（18）相配合的探空仪出口（10），碳管（4）上还开设有轴向的碳管滑槽（11）。碳管（4）的数量根据无人机的尺寸、探空仪的尺寸确定，根据目前的无人机的尺寸和探空仪的尺寸，碳管（4）优选为6根。

滑块（7）内设有与丝杠（6）配合的内螺纹，滑块（7）的端部设有放射状的滑块凸起（8），滑块凸起（8）穿过碳管滑槽（11）并嵌入至碳管（4）中。滑块凸起（8）的数量与碳管（4）的数量确定。在本实施例中滑块（7）为六角星形状。

管束转动驱动电机（16）的输出端通过齿轮传动机构（25）驱动管束端部固定盘（171）绕丝杠（6）转动，从而带动碳管（4）绕丝杠（6）转动。齿轮传动机构（25）包括连接在管束转动驱动电机（16）的输出端上的管束转动驱动齿轮（251）、以及设置在管束端部固定盘（171）上并且与管束转动驱动齿轮（251）相啮合的齿（252）。

丝杠转动驱动电机（15）的输出端驱动丝杠（6）转动，进而带动滑块（7）沿碳管滑槽（11）移动。

管束固定架（17）外还套有管束套管（9），其上开有套管开口（12），套管开口（12）与探空仪出口（10）、探空仪投放口（18）相配合。管束套管（9）和壳体（14）之间还设有保温棉。

探空仪出口（10）处设有探空仪防护罩（20），探空仪防护罩（20）为一侧开口的圆筒，探空仪防护罩（20）上的开口与探空仪出口（10）、套管开口（12）、探空仪投放口（18）相配合。

探空仪加速装置包括设置在壳体（14）底部的投放通道（19）和设置在投放通道（19）中加速机构。加速机构包括电磁铁（22）、推杆（23）和弹簧（24），投放通道（19）中固定连接有一个固定块，固定块与弹簧（24）的一端固定连接，T形的推杆（23）的杆部穿过弹簧（24）和固定块，推杆（23）在电磁铁（22）通电时向探空仪投放口（18）方向运动，同时弹簧（24）拉伸。

探空仪释放方法的过程如下：

（1）、将探空仪从探空仪入口（13）装入碳管（4）中，一根碳管（4）装满后，管束转动驱动电机（16）反转，管束固定架（17）逆时针转动60°，装填第二根碳管（4），然后依次将整个碳管（4）装满。

（2）、管束转动驱动电机（16）正转60°，碳管（4）转动至探空仪出口（10）对准套管开口（12）和探空仪投放口（18），碳管（4）中第一排的一个探空仪落入投放通道（19）中。

（3）、电磁铁（22）通电，推杆（23）受电磁力向探空仪投放口（18）方向运动，推动探空仪往探空仪投放口（18）方向移动并释放，同时弹簧（24）受推杆拉动拉伸。电磁铁（22）断电，弹簧（24）释放回到初始长度，并将推杆（23）拉回到初始位置。

（4）、管束转动驱动电机（16）正转60°，第二只碳管（4）转动至探空仪出口（10）对准套管开口（12）和探空仪投放口（18），第二只碳管（4）中第一排的一个探空仪落入投放通道（19）中；电磁铁（22）通电，推杆（23）受电磁力向前运动，推动探空仪往前移动并释放，弹簧（24）受推杆拉动拉伸。电磁铁（22）断电，弹簧（24）释放回到初始长度，并将推杆（23）拉回到初始位置，直到所有碳管（4）中第一排的探空仪落入投放通道（19）中并释放为止。

（5）、关闭管束转动驱动电机（16），启动丝杠转动驱动电机（15），丝杠转动驱动电机（15）驱动丝杠（6）转动，带动滑块（7）沿碳管滑槽（11）向前滑动，进而推动探空仪向前移动，使第二排的探空仪移动至探空仪出口（10）处。

（6）、管束转动驱动电机（16）正转60°，碳管（4）转动至探空仪出口（10）对准套管开口（12）和探空仪投放口（18），碳管（4）中第一排的一个探空仪落入投放通道（19）中；电磁铁（22）通电，推杆（23）受电磁力向前运动，推动探空仪往前移动并释放，弹簧（24）受推杆拉动拉伸。电磁铁（22）断电，弹簧（24）释放回到初始长度，并将推杆（23）拉回到初始位置，使所有碳管（4）中第二排的探空仪落入投放通道（19）中并释放。

（7）、重复上述步骤使所有探空仪释放。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种转筒式下投探空仪弹射装置，其特征在于包括整流罩（2）、壳体（14）、以及设置在壳体（14）中的弹射装置本体、以及设置在壳体外的探空仪加速机构，所述壳体（14）上开设有探空仪投放口（18），所述弹射装置本体包括：

固定座（3），上连接有管束转动驱动电机（16）和丝杠转动驱动电机（15）；

丝杠（6），其通过轴承连接在固定座（3）上，并且其一端与丝杠转动驱动电机（15）的输出端连接；

管束固定架（17），套在丝杠（6）上并且可围绕丝杠（6）转动；所述管束固定架（17）包括两个管束端部固定盘（171）和固定连接在两个管束端部固定盘（171）之间的若干管束加强杆（172），并且管束端部固定盘（171）套在丝杠（6）上；

碳管（4），围绕丝杠（6）固定连接在管束固定架（17）上形成碳管束，碳管（4）上开设有与探空仪投放口（18）相配合的探空仪出口（10），碳管（4）上还开设有轴向的碳管滑槽（11）；

滑块（7），其内设有与丝杠（6）配合的内螺纹其端部穿过碳管滑槽（11）并嵌入至碳管（4）中；

管束转动驱动电机（16），其输出端通过齿轮传动机构（25）驱动管束端部固定盘（171）绕丝杠（6）转动，从而带动碳管（4）绕丝杠（6）转动；

丝杠转动驱动电机（15），其输出端驱动所述丝杠（6）转动，进而带动滑块（7）沿碳管滑槽（11）移动；

所述探空仪加速机构包括设置在壳体（14）底部的投放通道（19）和设置在投放通道（19）中的加速机构；所述加速机构包括电磁铁（22）、推杆（23）和弹簧（24）；

所述管束固定架（17）外还套有管束套管（9），其上开有套管开口（12），所述套管开口（12）与探空仪出口（10）、探空仪投放口（18）相配合。

2.根据权利要求1所述的一种转筒式下投探空仪弹射装置，其特征在于：所述固定座（3）为两个，其中一个固定座（3）上连接有管束转动驱动电机（16）和丝杠转动驱动电机（15），另一个固定座（3）上开设有与碳管（4）配合用的探空仪入口（13）。

3.根据权利要求1所述的一种转筒式下投探空仪弹射装置，其特征在于：所述管束端部固定盘（171）之间还设有管束腰部固定盘（173），所述管束加强杆（172）穿过管束腰部固定盘（173）。

4.根据权利要求1所述的一种转筒式下投探空仪弹射装置，其特征在于：所述推杆（23）穿过电磁铁（22），电磁铁（22）后方的推杆（23）外套有弹簧（24），所述推杆（23）在电磁铁（22）通电时向探空仪投放口（18）方向运动，同时弹簧（24）拉伸。

5.根据权利要求1所述的一种转筒式下投探空仪弹射装置，其特征在于：所述滑块（7）上设有放射状的滑块凸起（8），所述滑块凸起（8）穿过碳管滑槽（11）并嵌入至碳管（4）中。

6.根据权利要求1所述的一种转筒式下投探空仪弹射装置，其特征在于：所述齿轮传动机构（25）包括连接在管束转动驱动电机（16）的输出端上的管束转动驱动齿轮（251）、以及设置在管束端部固定盘（171）上并且与管束转动驱动齿轮（251）相啮合的齿（252）。

7.一种探空仪投放方法，其特征在于，利用权利要求1所述的转筒式下投探空仪弹射装置进行投放，具体包括以下步骤：

步骤一、将探空仪装入碳管（4）中；

步骤二、启动管束转动驱动电机（16），碳管（4）转动至探空仪出口（10）对准套管开口（12）和探空仪投放口（18），碳管（4）中第一排的一个探空仪落入投放通道（19）中；

步骤三、电磁铁（22）通电，推杆（23）受电磁力向探空仪投放口（18）方向运动，将探空仪推出，同时弹簧（24）受到牵引拉伸；电磁铁（22）断电，弹簧（24）释放回到原始长度，推杆（23）被弹簧（24）牵引拉回初始位置；

步骤四、重复步骤二至三，直到所有碳管（4）中第一排的探空仪落入投放通道（19）中并释放为止；

步骤五、关闭管束转动驱动电机（16），启动丝杠转动驱动电机（15），丝杠转动驱动电机（15）驱动丝杠（6）转动，带动滑块（7）沿碳管滑槽（11）向前滑动，进而推动探空仪向前移动，使第二排的探空仪移动至探空仪出口（10）处；

步骤六、重复步骤二至五，依次使所有碳管（4）中后排的探空仪落入投放通道（19）中并释放。

8.根据权利要求7所述的一种探空仪投放方法，其特征在于，所述步骤一中将探空仪装入碳管（4）的具体步骤为：将探空仪从探空仪入口（13）装入碳管（4）中，一根碳管（4）装满后，管束转动驱动电机（16）反转，管束固定架（17）逆时针转动，装填第二根碳管（4），然后依次将整个碳管（4）装满。