CN111572801B - 一种小型共轴飞行器弹射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小型共轴飞行器弹射装置，涉及无人机飞行技术领域，包括弹射外壳和设置于弹射外壳底部的底板护板，弹射外壳内安装弹簧蓄能组件和自动脱钩机构，弹射接驳处设置定位接驳锥，定位接驳锥用于共轴飞行器在蓄能状态下的固定，弹簧蓄能组件用于定位接驳锥的压缩蓄能，自动脱钩机构能够实现定位接驳锥的自动脱钩，进而使定位接驳锥在弹簧蓄能组件的蓄能作用下弹出，实现共轴无人机的弹射。本发明通过设置蓄能弹射机构，为共轴飞行器初始提供动能，增强了共轴无人机起飞速度，实现快速反应起降，适用于某些特殊场景的快速反应飞行，可靠性高。

Description

一种小型共轴飞行器弹射装置

技术领域

本发明涉及无人机飞行技术领域，特别是涉及一种小型共轴飞行器弹射装置。

背景技术

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。按应用领域分类，无人机可分为军用与民用：军用方面，无人机可广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等；民用方面，目前可广泛应用于航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等领域。按尺度分类(民航法规)，无人机可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机以及大型无人机。

目前的微型无人机主要应用于军事目的，因此对微型无人机本身搭载的监视、监听设备等任务载荷的稳定性提出了较高的要求。然而，随着微型无人机的小型化发展，整体质量越来越轻，机身的震动会比较明显，有时会影响任务载荷运行的稳定性。同时，在一些特殊情况下，由于不同任务需要，对微型无人机的性能往往会有不同的需求，执行任务时，往往需要携带多个或多组执行不同任务的微型无人机。

传统单旋翼无人直升机因为需要平衡反作用扭矩与控制航向，因而必需配置尾桨，尾桨不仅需要消耗30％动力，而且导致结构复杂、体积大、可靠性差，无法实现小型化。共轴双旋翼直升机的特点是具有绕同一理论轴线一正一反旋转的上下两副旋翼，两副旋翼的旋转方向相反，因此它们的反扭矩可以互相抵消，也就无需安装尾桨，机身长度可大大缩短，因此可实现小型化。此外，共轴双旋翼无人机还包括可垂直起降，飞行稳定性好，气动力对称，悬停效率比较高，对起降场地要求低以及使用便捷等特点，与单旋翼带尾桨直升机相比，其操纵效率明显有所提高，因此发展前景巨大。

然而，在一些特殊应用领域，比如地形复杂的山区、偏僻的山区、茂密的森林中，由于一些物体的遮蔽和干扰，终端的通讯信号和卫星信号微弱，无法实现正常的数据传输。在进行特殊或者正常作业时，常常需要到处寻找信号优良的区域，才可完成数据连接；或者，在茂密广阔的丛林之中，难以找到信号优良的区域。在现今解决方案中，采用自组网的方式可完成特定区域的数据信号覆盖和数据传输，但是普通的无人机往往难以飞跃茂密高大的丛林，达到组网预定高度。因此，如何提高无人机发射穿透性是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种共轴无人机的弹射装置，其通过提供蓄能弹射机构，增强共轴无人机起飞速度，实现快速反应起降，同时弹射式起飞形式还可使无人机穿越一定的柔性障碍物，达到解决上述技术问题的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种小型共轴飞行器弹射装置，包括弹射外壳和设置于所述弹射外壳底部的底板护板，所述弹射外壳内安装弹簧蓄能组件和自动脱钩机构，弹射接驳处设置定位接驳锥，所述定位接驳锥用于共轴飞行器在蓄能状态下的固定，所述弹簧蓄能组件用于所述定位接驳锥的压缩蓄能，所述自动脱钩机构能够实现所述定位接驳锥的自动脱钩，进而使所述定位接驳锥在所述弹簧蓄能组件的蓄能作用下弹出，实现共轴无人机的弹射。

可选的，所述弹射外壳内套设有弹射内桶，所述定位接驳锥和所述自动脱钩机构均设置于所述弹射内桶内。

可选的，所述弹簧蓄能组件包括蓄能弹簧和用于压缩所述蓄能弹簧的弹簧压缩机构，所述蓄能弹簧安装于所述弹射内桶内；所述定位接驳锥上固定有中心托板，所述蓄能弹簧的底端固定，顶端连接所述中心托板。

可选的，所述弹簧压缩机构为滚珠丝杆机构，所述滚珠丝杠、螺纹连接于所述滚珠丝杠上的滚珠丝杠螺母以及用于驱动所述滚珠丝杠转动的电机动力组件，所述滚珠丝杠安装于所述弹射内桶与所述弹射外壳之间；所述滚珠丝杠螺母位于所述中心托板的上方，用于在所述滚珠丝杠驱动后，下压所述中心托板。

可选的，所述电机动力组件安装于所述弹射内桶内部，包括电机、电机内罩和电机底板，所述电机外部套设所述电机内罩，所述电机内罩和所述电机固定于所述电机底板上，所述电机底板固定于所述底板护板的上方，所述电机的输出端通过齿轮传动副与所述滚珠丝杠传动连接。

可选的，所述自动脱钩机构包括脱钩固定块、舵机和脱钩旋转块，所述脱钩旋转块上开设有用于所述定位接驳锥的底端穿过的槽孔，所述脱钩旋转块安装于所述脱钩固定块内部，并通过轴承与所述脱钩固定块转动连接，所述舵机用于转动所述脱钩旋转块，以使所述槽孔与所述定位接驳锥的底端之间错位挂钩或对齐脱钩。

可选的，所述脱钩旋转块的顶部固定压片形成脱钩机构，所述压片和所述脱钩旋转块上同轴开设所述槽孔。

可选的，所述脱钩固定块底部螺纹连接有框架连接件，且相互连接处设有凸槽和槽口，用于周向传力。

可选的，所述共轴飞行器包括转动方向相反的上桨叶机构和下桨叶机构；所述上桨叶机构用于定轴转动；所述下桨叶机构位于所述下桨叶机构的下方，能够改变旋转平面，实现变距功能。

可选的，所述共轴飞行器的外壳为弹形外壳，所述上桨叶机构和所述下桨叶机构将桨叶内折后能够放入所述弹射外壳内。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的小型共轴飞行器弹射装置，通过设置蓄能弹射机构，为共轴飞行器初始提供动能，增强了共轴无人机起飞速度，实现快速反应起降，节约飞行器起飞阶段能源耗损，适用于某些特殊场景的快速反应飞行，可使共轴无人机快速抵达预定远程地点，可靠性高。此外，本发明体积小型化，结构简单，便于携带。本发明可进行多次装机发射，发射频率高，动作迅速可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明小型共轴飞行器弹射装置的主视图；

图2是本发明小型共轴飞行器弹射装置移除部分外壳后的主视图；

图3是本发明小型共轴飞行器弹射装置移除部分外壳后的侧视图；

图4是本发明小型共轴飞行器弹射装置的部分剖视图；

图5是本发明小型共轴飞行器弹射装置弹射后桨叶展开示意图；

图6是本发明小型共轴飞行器弹射装置爆炸分解立体示意图；

图7是图6中A处的放大示意图；

图8是本发明小型共轴飞行器弹射装置框架连接件的结构示意图；

图9是本发明小型共轴飞行器弹射装置轴承顶环的结构示意图；

其中，附图标记为：100.小型弹射共轴飞行器，111.弹射外壳，112.弹射内桶，113.顶部环，114.底板护板，121.电机，122.电机内罩，123.电机底板，124，传动正齿轮，125.传动副齿轮，126.定位环，131.滚珠丝杠螺母，132.滚珠丝杠，141.蓄能弹簧，142.中心托板，151.舵机，152.定位接驳锥，153.脱钩固定块，154.摇臂连接臂，155.压片，156.轴承顶环，1561.凹槽，1562.凸槽，157.框架连接件，1571.凸起，1572.螺纹孔，1573.卡槽，158.舵机臂，159.脱钩旋转块，160.共轴飞行器，161.上桨叶机构，162.下桨叶机构，163.弹形外壳，164.共轴飞行器底座。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1-9所示，本实施例提供一种小型弹射共轴飞行器100，包括：

框架，其中包括弹射外壳111、安装于弹射外壳111底部的底板护板114和安装底板护板114上的电机底板123，顶部环113安装于弹射外壳111顶部，弹射内桶113连接在顶部环113和电机底板123中间。

弹簧蓄能组件，其中，电机121通过螺栓连接在电机底板123上，电机内罩122隔开电机121和蓄能弹簧141，电机内罩122紧固在电机底板123上，传动正齿轮124通过平键和螺栓紧固在电机121的输出轴上；滚珠丝杠132的两端分别通过轴承转动连接在顶部环113和电机底板123，可进行选择，各滚珠丝杆132的底部一端安装有与传动正齿轮124啮合的传动副齿轮125，滚珠丝杠螺母131圆周分布并相互紧固在同一定位环127上；蓄能弹簧141的两端接触电机内罩122和中心托板142，中心托板142在压缩时被定位环127推动。

自动脱钩机构，其中，框架连接件157通过螺栓连接电机内罩122和脱钩固定块153，轴承顶环156用于对脱钩固定块153与脱钩旋转块159之间的轴承进行轴向固定，舵机151紧固在轴承顶环156上，脱钩旋转块159紧固压片155连接在轴承上，定位接驳锥152螺栓连接在中心托板142上，和压片155、脱钩旋转块159形成脱钩机构，舵机臂158连接在舵机151的输出端上，螺栓铰链连接摇臂连接臂154，摇臂连接臂154另一端连接脱钩旋转块159；

于本具体实施例中，脱钩旋转块159和压片155中心有一槽孔，定位接驳锥152尾部为T形，定位接驳锥152可在一定方位下通过脱钩旋转块159和压片155中心的槽孔；舵机151设有驱动电路，可实现舵机驱动，当带动脱钩旋转块159旋转，使脱钩旋转块159槽孔方向改变，从而使定位接驳锥152无法脱出，完成钩住功能；释放时，舵机151反向驱动，脱钩旋转块159逆向转动，脱钩旋转块159槽孔方位恢复，使定位接驳锥152的底部T形可通过槽孔，完成脱钩释放功能。若出现舵机故障等问题，则无法完成钩住动作；当中途故障或异物阻挡时，则定位接驳锥152底部无法通过槽孔，避免造成意外脱钩，达到安全自动脱钩目的。

共轴飞行器160，包括转动方向相反的上桨叶机构161和下桨叶机构162；上桨叶机构162用于定轴转动；下桨叶机构162位于下桨叶机构161的下方，能够在本身舵机机构的操纵下改变旋转平面，实现变距功能。其中上桨叶机构161和下桨叶机构162的桨叶均可进行内折，内折时放入弹射机构。弹形外壳163装入弹射机构后，共轴飞行器底座164与定位接驳锥152定位连接。

本实施例中，如图8和图9所示，轴承顶块156底部设有凸槽1562，凸槽1562的形状和框架连接件157顶部的槽口形状相互配合，贴合后可完成轴承顶块156在框架连接件157内的周向传力，同时，轴承顶块156底部在两凸槽1562之间设有凹槽1561，用于与框架连接件157顶部的形状相匹配的凸起1571配合，用于轴承顶块156在框架连接件157上的轴向定位。此外，框架连接件157的侧壁周向设置若干用于与其他部件安装的螺纹孔1572和用于与其他部件安装的卡槽1573。

本实施例中，蓄能弹簧141置于中心托板142和电机底座123之间，压缩进行蓄能；弹射内桶112内壁设有槽，并与中心托板142外边缘的凸起滑动连接，可对中心托板142进行运动导向；蓄能弹簧141置于弹射内桶112中，可制约弹簧自由度，完成弹簧压缩蓄能。

当弹射机构进行蓄能时，电机121驱动带动传动正齿轮124、传动副齿轮125，进而驱动各滚珠丝杠132同步旋转，旋转的滚珠丝杠132可使对应的滚珠丝杠螺母131直线运动，以推动中心托板142，使蓄能弹簧141压缩，当压缩到定位接驳锥152T形底端到达脱钩旋转块159并穿过脱钩旋转块159上的槽孔后，舵机151旋转使T形底端与槽孔错位卡紧，进行挂钩，完成蓄能。

之后放入共轴飞行器160，定位接驳锥152和共轴飞行器底座164定位，电机121反向驱动，带动滚珠丝杠螺母131回程，定位环126和中心托板142脱离弹簧顶部，完成共轴飞行器160放置。

在之后进行发射，舵机151驱动带动舵机臂158和摇臂连接臂154，使脱钩旋转块159旋转至定位接驳锥152的T形底端与槽孔对齐，完成脱钩，蓄能弹簧141释放，中心托板142在导路弹射内桶112内运动，赋予共轴飞行器160初始动能，共轴飞行器160弹射后，上桨叶机构161和下桨叶机构162的桨叶均在相关桨叶关节的作用下展开，进行飞行。在一个共轴飞行器160发射之后，可循环以上运动，进行下一个共轴飞行器160填装发射。

在弹射装置弹射之后，共轴飞行器160初始阶段，处于沉默状态，当上升至最高点时，上升速度为零，共轴飞行器160解除沉默状态，检测GPS信号，共轴飞行器160朝着预定坐标点飞行，达到指定地点后悬停。在共轴飞行器160上搭载有自组网信号设备，可连接卫星等通讯信号加强后覆盖一定区域。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种小型共轴飞行器弹射装置，其特征在于，包括弹射外壳和设置于所述弹射外壳底部的底板护板，所述弹射外壳内安装弹簧蓄能组件和自动脱钩机构，弹射接驳处设置定位接驳锥，所述定位接驳锥用于共轴飞行器在蓄能状态下的固定，所述弹簧蓄能组件用于所述定位接驳锥的压缩蓄能，所述自动脱钩机构包括脱钩固定块、舵机和脱钩旋转块，所述脱钩旋转块上开设有用于所述定位接驳锥的底端穿过的槽孔，所述脱钩旋转块安装于所述脱钩固定块内部，并通过轴承与所述脱钩固定块转动连接，所述舵机用于转动所述脱钩旋转块，以使所述槽孔与所述定位接驳锥的底端之间错位挂钩或对齐脱钩；所述自动脱钩机构能够实现所述定位接驳锥的自动脱钩，进而使所述定位接驳锥在所述弹簧蓄能组件的蓄能作用下弹出，实现共轴无人机的弹射。

2.根据权利要求1所述的小型共轴飞行器弹射装置，其特征在于，所述弹射外壳内套设有弹射内桶，所述定位接驳锥和所述自动脱钩机构均设置于所述弹射内桶内。

3.根据权利要求2所述的小型共轴飞行器弹射装置，其特征在于，所述弹簧蓄能组件包括蓄能弹簧和用于压缩所述蓄能弹簧的弹簧压缩机构，所述蓄能弹簧安装于所述弹射内桶内；所述定位接驳锥上固定有中心托板，所述蓄能弹簧的底端固定，顶端连接所述中心托板。

4.根据权利要求3所述的小型共轴飞行器弹射装置，其特征在于，所述弹簧压缩机构为滚珠丝杆机构，所述滚珠丝杆机构包括滚珠丝杠、螺纹连接于所述滚珠丝杠上的滚珠丝杠螺母以及用于驱动所述滚珠丝杠转动的电机动力组件，所述滚珠丝杠安装于所述弹射内桶与所述弹射外壳之间；所述滚珠丝杠螺母位于所述中心托板的上方，用于在所述滚珠丝杠驱动后，下压所述中心托板。

5.根据权利要求4所述的小型共轴飞行器弹射装置，其特征在于，所述电机动力组件安装于所述弹射内桶内部，包括电机、电机内罩和电机底板，所述电机外部套设所述电机内罩，所述电机内罩和所述电机固定于所述电机底板上，所述电机底板固定于所述底板护板的上方，所述电机的输出端通过齿轮传动副与所述滚珠丝杠传动连接。

6.根据权利要求1所述的小型共轴飞行器弹射装置，其特征在于，所述脱钩旋转块的顶部固定压片形成脱钩机构，所述压片和所述脱钩旋转块上同轴开设所述槽孔。

7.根据权利要求1所述的小型共轴飞行器弹射装置，其特征在于，所述脱钩固定块底部螺纹连接有框架连接件，且相互连接处设有凸槽和槽口，用于周向传力。

8.根据权利要求1所述的小型共轴飞行器弹射装置，其特征在于，所述共轴飞行器包括转动方向相反的上桨叶机构和下桨叶机构；所述上桨叶机构用于定轴转动；所述下桨叶机构位于所述上桨叶机构的下方，能够改变旋转平面，实现变距功能。

9.根据权利要求8所述的小型共轴飞行器弹射装置，其特征在于，所述共轴飞行器的外壳为弹形外壳，所述上桨叶机构和所述下桨叶机构将桨叶内折后能够放入所述弹射外壳内。

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