CN110844045A - 一种远程滑翔精确空投器材 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远程滑翔精确空投器材，包括货舱、货舱挂架、机翼、回收伞、开翼装置、转向装置和导航制导系统，货舱通过货舱挂架连接于机翼的下方，机翼包括骨架和翼面。利用可收拢伸展的机翼实现了空投器材在飞机机舱内的装放，同时利用机翼的升力承载空投物资。利用机翼滑翔实现空投飞机防区外远程投送，保证了空投飞机的安全性和空投任务的隐蔽性。利用机翼的渗透能力提高空投器材恶劣天气条件下的抗风能力，同时利用机翼的易控性实现空投按照规划航迹飞临目标上空实现精确空投。利用回收伞安全降落回收空投物资，降低滑翔着陆冲击，规避了空投滑翔着陆所需的路径规划过程。
Description
技术领域
本发明属于空投设备技术领域，具体涉及一种远程滑翔精确空投器材。
背景技术
空投是作战装备物资和自然灾害救援的一种重要投送方式，传统的空投主要采用圆形伞进行投送。在现代战争中，随着对空投飞机安全、投送精度和投送效率的要求越来越高，利用可控翼伞和无人机平台进行精确空投成为后勤补给的重要方式。郭海军、陈勇等发明专利多用途柔性冲压翼伞无人机系统(公开号CN102910288A)利用柔性冲压翼伞作为主要的升力部件，翼伞下方吊挂舱体和任务舱搭载不同用途所需要的设备和物资进行远程投送。该装置携带动力和导航系统，翼伞无人机在动力驱动下飞行到预定高度后，按照任务规划航线飞行至任务目标点实现定点空投。
中国科学院合肥物质科学研究院,常州先进制造技术研究所的发明专利一种滑翔式仿生空投装置(公开号CN105438465B)利用滑翔翼进行投送。柔性翼布布置在箱体两侧，通过伸展传动机构展开翼布，模仿飞蛇肌肉伸展滑翔产生升力，同时利用惯性传感器和姿态控制器控制空投装置以一定的姿态滑翔，实现精准落点的目的。
空投首要考虑的是飞机机舱内的容纳空间，由于飞机机舱空间有限，空投装置尺寸有严格的要求。上述专利均考虑通过可折叠的冲压翼伞和折叠柔性翼实现空投装置减少所占空间的目的。但是专利CN105438465B采用折叠翼配置在货舱两侧，翼和伸展机构占用了有限的货舱空间，从而减少可装载空投物资的容量。
其次精确空投需考虑系统的易控性和滑翔性能，易控性决定了系统所能跟踪航迹的精度，最终决定空投精度，滑翔性决定了空投器材所能达到的空投点和目标点的水平距离。专利CN102910288A采用的冲压翼伞由于伞系统被控对象的控制对象的非线性、复杂性、滞后性和耦合性，其控制性能并不好。遇到恶劣天气时，不仅可控性变得更坏，而且抗风性能也较差，逆风滑翔时影响其滑翔比，进而影响滑翔距离。而且该专利目前并没有考虑从飞机上进行投送，其投送距离有限。
再次，飞机投送需考虑空投的可靠性和安全性。专利CN105438465B折叠翼采用连杆和齿轮等传动机构，结构复杂，可靠性低，其应用于实际空投系统值得商榷。
最后是空投器材的承载能力。为了使空投器材投送更多的物资，空投器材应达到一定的承载能力，一方面要满足军用空投载荷标准等级的要求，另一方面滑翔型空投器材需考虑其翼载荷能力。专利CN102910288A采用全柔性冲压翼伞作为承载部件，通过冲压气体撑起其翼型，其载荷能力比刚性或者半刚性翼都要差，所以载荷能力有限。
发明内容
为了克服上述存在的问题，本发明提供了一种能满足空投飞机装机要求且货舱空间充足、易于控制、空投精度高的远程滑翔精确空投器材，其技术方案如下：
一种远程滑翔精确空投器材，包括货舱、货舱挂架、机翼、回收伞、开翼装置、转向装置和导航制导系统，所述货舱通过货舱挂架连接于机翼的下方，机翼包括骨架和翼面，其中：
骨架包括一根龙骨杆、两根前缘杆、两根撑杆和一个滑块，所述龙骨杆连接于货舱挂架上端的滚动轴承内，滑块通过直线轴承套设于龙骨杆上，两根前缘杆铰接于龙骨杆的一端，两根撑杆的一端均铰接滑块，两根撑杆的另一端分别铰接一根前缘杆的中部。
转向装置包括圆弧齿条和电机，圆弧齿条的两端通过方向操纵杆与龙骨杆固定连接，电机的输出端安装有与圆弧齿条相啮合的齿轮。
进一步地，所述滑块固定有限位卡头，龙骨杆固定有对应的限位卡槽。
进一步地，所述开翼装置包括安装于龙骨杆前端的燃烧气缸，燃烧气缸的活塞推杆与滑块相连。
进一步地，所述活塞推杆为可伸缩式的两级活塞推杆。
进一步地，所述龙骨杆的中部固定有立柱，所述立柱的顶端通过钢丝绳分别连接两根前缘杆的中部以及龙骨杆前后两端。
进一步地，所述圆弧齿条的两端通过钢丝绳分别连接两根前缘杆的中部。
进一步地，所述翼面包括蒙布和成型管，蒙布具有夹层，翼面通过将成型管插入到夹层内撑起翼型。
进一步地，所述导航制导系统包括任务规划计算机、卫星导航系统、气压高度计和超声波测风传感器，所述任务规划计算机设置于货舱内，卫星导航系统的天线设置于货舱顶部，气压高度计和超声波测风传感器设置于货舱底部。
本发明具备的有益效果：利用可收拢伸展的机翼实现了空投器材在飞机机舱内的装放，同时利用机翼的升力承载空投物资。利用机翼滑翔实现空投飞机防区外远程投送，保证了空投飞机的安全性和空投任务的隐蔽性。利用机翼的渗透能力提高空投器材恶劣天气条件下的抗风能力，同时利用机翼的易控性实现空投按照规划航迹飞临目标上空实现精确空投。利用回收伞安全降落回收空投物资，降低滑翔着陆冲击，规避了空投滑翔着陆所需的路径规划过程。
附图说明
图1是本发明的立体图；
图2是本发明的侧视图；
图3是本发明的正视图；
图4是本发明的俯视图；
图5是货舱挂架的连接图；
图6是本发明的骨架的示意图；
图7是本发明的骨架的连接关系图；
图8是本发明翼面的结构示意图；
图9是本发明的限位卡的示意图；
图10是本发明开翼装置的示意图；
图中：1-货舱，11-仪器舱，12-载货舱，13-尾舱，2-货舱挂架，21-支架，211-支腿，22-连接座，3-机翼，31-骨架，311-龙骨杆，312-前缘杆，313-撑杆，314-滑块，315-限位卡头，316-限位卡槽，32-翼面，321-蒙布，322-成型管，4-立柱，5-开翼装置，51-燃烧气缸，511-活塞推杆，6-转向装置，61-圆弧齿条，62-电机，63-方向操纵杆，64-齿轮，7-钢丝绳。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明技术方案作进一步详细说明。
参见图1-2，本发明的远程滑翔精确空投器材主要由货舱1、货舱挂架2、机翼3、回收伞(图未示)、开翼装置5、转向装置6和导航制导系统组成。
参见图1-6，货舱挂架2包括支架21和连接座22，支架21的两条支腿211通过螺栓固定于货舱1顶面，连接座22通过螺栓固连支架21，连接座22内设有滚动轴承。机翼3由骨架31和翼面32组成。其中，骨架31由一根龙骨杆311、两根前缘杆312、两根撑杆313和一个滑块314组成。龙骨杆311套接于连接座22的滚动轴承内，使骨架31可以相对货舱挂架2做横滚运动。通过横滚运动使机翼3发生倾斜，从而改变空投器材动力特性，使得空投器材的运动方向发生改变。
参见图6、图9，滑块314通过直线轴承套设于龙骨杆311上，使其可沿龙骨杆311前后滑动，两根前缘杆312铰接于龙骨杆311的一端，两根撑杆313的一端均铰接滑块314，两根撑杆313的另一端分别铰接一根前缘杆312的中部。滑块314固连有限位卡头315，龙骨杆311适当位置固连有对应的限位卡槽316。限位卡头315为三叶瓣结构，在插入限位卡槽316中时，三叶瓣有弹性，先缩小，后恢复形状，从而使卡头卡在限位卡槽316中，限制滑块314继续运动。滑块314前后滑动时，撑杆313带动前缘杆312做张开和收拢运动。
参见图2、图10，为了在飞行投放时克服较大风阻力和提供翼张开所需的驱动力，开翼装置5采用以火药作为动力燃料的燃烧气缸51，燃烧气缸51安装于龙骨杆311的前端，燃烧气缸51的活塞推杆511与滑块314相连，火药燃烧产生大量气体瞬时能提供强大的动力，从而推动滑块314向后滑动，使机翼3展开，到达极限位置后，限位卡限制住滑块，使滑块保持在翼的展开位置。为了保证活塞推杆511有足够的行程，活塞推杆511采用两级活塞推杆的结构，两级推动可有效降低作动装置的尺寸，从而保证翼能够尽可能收拢以及展开所需的行程。
投放前，两前缘杆312收拢，并用锁紧机构锁紧(图未视)。从飞机投放后，锁紧机构被引导伞解锁，并拉发火药雷管底火，使得火药在燃烧气缸51内剧烈燃烧，产生大量的燃烧气体，推动滑块314向后运动，使得撑杆313推动两个前缘杆312张开，从而使机翼3张开。撑杆313到达水平位置后，限位卡动作卡住滑块314，使滑块314保持在限定位置，从而使翼展保持开度。机翼3的开度角以90°-150°之间为宜，本实施例为120°夹角，此时机翼3的后掠角为30°，太小的翼开度导致翼的展弦比太小，影响翼的滚动稳定性，同时载荷能力降低。太大的开度角，一方面撑起翼张开需要更大的动力，另一方面影响翼飞行时滑翔比。
参见图1-3，龙骨杆311的中部固定有立柱4，立柱4的顶端通过钢丝绳7分别连接两根前缘杆312的中部以及龙骨杆311前后两端。立柱4为机翼3的支撑部件，辅助前缘杆312支撑机翼3，通过四周布置的钢丝绳7，利用钢丝绳拉力保持使机翼3呈半刚性，使机翼3保持良好的翼展。前缘杆312、龙骨杆311、撑杆313以及立柱4的材料可采用(不限于)航空铝合金型材、碳素纤维材料或者一些高强度的复合材料。
参见图7，转向装置6包括圆弧齿条61和电机62，圆弧齿条61的两端通过方向操纵杆63与龙骨杆311固定连接，电机62的输出端安装有与圆弧齿条61相啮合的齿轮64。机翼3的倾斜运动由电机62控制方向操纵杆63实现，电机62通过齿轮64啮合圆弧齿条61带动方向操纵杆63左右摆动，从而带动龙骨杆311绕货舱挂架2转动，实现空投器材的航向改变。为了提高骨架31和方向操纵的刚性，圆弧齿条61的两端通过钢丝绳7牵引前缘杆312，使得前缘杆312做倾斜运动。
参见图8，翼面32由蒙布321和成型管322组成，蒙布321采用高密度强度尼龙布、聚酯薄膜多种材料缝制而成，蒙布321在翼型处，前缘杆312和局部受力较大区域采用带背胶的夹层布加强翼的强度，同时便于蒙布撑起时形成较好的翼型。翼型采用平凸翼，如CLARKY型、NACA4415等翼型，翼型采用成型管322插入到蒙布321的夹层内来实现，即将轻质的可塑性好的具有一定强度的成型管322弯曲成型指定的翼型，然后将成型管322插入到缝制好的蒙布321的夹层内，从而保持蒙布被成型管撑起成翼型。
参见图1-3，货舱1由首至尾划分为仪器舱11、载货舱12和尾舱13。载货舱12位于货舱1的中部，用来承装需要补给的空投物资。载货舱12的宽度根据飞机舱内地板上侧挡板系统宽度决定，一般宽度不超过2400mm，载货舱12底板用胶木板加强，侧面安装导向轮(图未示)，上述设计为了与飞机机舱内地板上的滚棒系统和侧挡板系统交联，便于空投货舱沿飞机舱内棍棒系统和侧挡板导引离机。尾舱13位于空投货舱后部，用来安放回收伞，回收伞的面积根据空投重量决定，对于重量不大于500kg的空投全重，采用面积不小于300平方米的圆形伞。回收伞封装在尾舱13内，采用帆布封包，并用插销锁紧。当空投器材达到回收高度后启动拔销，弹簧弹出引导伞(图未示)，引导伞拉出主回收伞，使得回收伞充气展开工作。仪器舱11位于货舱1的前端，内装导航制导系统以及其他电子设备。导航制导系统包括任务规划计算机、卫星导航系统、气压高度计和超声波测风传感器，任务规划计算机设置于仪器舱11内，卫星导航系统为GPS或北斗，其天线设置于仪器舱11顶部，气压高度计和超声波测风传感器设置于仪器舱11底部，用来限定回收伞的开伞高度和目标上空测风。同时安装飞行控制器实现火药作动器动作展开翼、控制翼左右倾斜改变航向以及回收伞启动等各个动作的控制。
本空投器材通过重力空投出舱离机后，锁紧机构被引导伞解锁，并拉发火药雷管底火，使得火药在燃烧气缸51内剧烈燃烧，产生大量的燃烧气体，推动滑块314向后运动，使得撑杆313推动两个前缘杆312张开，从而使机翼3张开。撑杆313到达水平位置后，限位卡动作卡住滑块314，使滑块314保持在限定位置，从而使翼展保持开度。在控制系统的控制下，按照规划的航路制导飞向目标区域，随后回收伞打开工作保持空投器材稳速下降着陆。所述空投器材具有承载能力大、滑翔距离远、可控性好，空投精度高、渗透能力强等优点。
Claims (8)
1.一种远程滑翔精确空投器材，包括货舱(1)、货舱挂架(2)、机翼(3)、回收伞、开翼装置(5)、转向装置(6)和导航制导系统，所述货舱(1)通过货舱挂架(2)连接于机翼(3)的下方，机翼(3)包括骨架(31)和翼面(32)，其特征在于：
所述骨架(31)包括一根龙骨杆(311)、两根前缘杆(312)、两根撑杆(313)和一个滑块(314)，所述龙骨杆(311)连接于货舱挂架(2)上端的滚动轴承内，滑块(314)通过直线轴承套设于龙骨杆(311)上，两根前缘杆(312)铰接于龙骨杆(311)的一端，两根撑杆(313)的一端均铰接滑块(314)，两根撑杆(313)的另一端分别铰接一根前缘杆(312)的中部；
所述转向装置(6)包括圆弧齿条(61)和电机(62)，圆弧齿条(61)的两端通过方向操纵杆(63)与龙骨杆(311)固定连接，电机(62)的输出端安装有与圆弧齿条(61)相啮合的齿轮(64)。
2.根据权利要求1所述的远程滑翔精确空投器材，其特征在于：所述滑块(314)固定有限位卡头(315)，龙骨杆(311)固定有对应的限位卡槽(316)。
3.根据权利要求1所述的远程滑翔精确空投器材，其特征在于：所述开翼装置(5)包括安装于龙骨杆(311)前端的燃烧气缸(51)，燃烧气缸(51)的活塞推杆(511)与滑块(314)相连。
4.根据权利要求3所述的远程滑翔精确空投器材，其特征在于：所述活塞推杆(511)为可伸缩式的两级活塞推杆。
5.根据权利要求1所述的远程滑翔精确空投器材，其特征在于：所述龙骨杆(311)的中部固定有立柱(4)，所述立柱(4)的顶端通过钢丝绳(7)分别连接两根前缘杆(312)的中部以及龙骨杆(311)前后两端。
6.根据权利要求1所述的远程滑翔精确空投器材，其特征在于：所述圆弧齿条(61)的两端通过钢丝绳(7)分别连接两根前缘杆(312)的中部。
7.根据权利要求1-6中任意一条权利要求所述的远程滑翔精确空投器材，其特征在于：所述翼面(32)包括蒙布(321)和成型管(322)，蒙布(321)具有夹层，翼面(32)通过将成型管(322)插入到夹层内撑起翼型。
8.根据权利要求1-6中任意一条权利要求所述的远程滑翔精确空投器材，其特征在于：所述导航制导系统包括任务规划计算机、卫星导航系统、气压高度计和超声波测风传感器，所述任务规划计算机设置于货舱(1)内，卫星导航系统的天线设置于货舱(1)顶部，气压高度计和超声波测风传感器设置于货舱(1)底部。
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