CN111924124B - 一种车载小型无人机多架次电磁发射装置及发射方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车载小型无人机多架次电磁发射装置及发射方法，旋转台固定在卡车上控制发射方向，控制箱螺接在承载台上，进行充放电控制；无人机放入滑车内，滑车承力栏通过无人机起落架提供起飞推力；导轨支架末端安装重力平衡器，用于克服滑车和无人机沿发射方向的重力分力；缓冲器固定在导向轴末端，为滑车提供缓冲；直线轴承螺接在滑车下方，为高速直线轴承，提供导向；加载铜板与螺旋形放电线圈配合，提供弹射动力；导向轴分别穿过缓冲器、直线轴承、加载铜板和放电线圈中心。针对无人机机群的数量，一辆卡车上装配多个本发明的弹射装置，通过旋转台控制每一架无人机的发射方向，避免撞机，通过控制箱同步放电，实现多架次无人机同步发射。
Description
技术领域
本发明属于无人机领域，具体涉及一种车载小型无人机电磁发射装置及发射方法。
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，具有结构简单、体积质量小、机动性强、成本低、隐蔽性好等特点。实际服役过程中，固定翼无人机的发射是最危险的飞行阶段之一，往往关乎其能否顺利完成任务，因此成为国内外研究的热点。
目前，无人机发射的方式众多，根据发射方式和应用场合的不同，一般分为自力发射、弹射、空中投放、潜射等。自力发射又细分为火箭助推发射和垂直起飞两种。火箭助推发射技术发展较久，技术成熟、成本低、可系列化等，但发射过程产生大量烟尘和火光，此外不同的火箭使得发射具有不可预料性，成功率难以保证。空中投放指无人机被其它飞行器(母机)运载到空中再放飞，其投放过程持续较久、影响大且繁琐，一般较少采用。潜射技术一般指在水下发射无人机，涉及流体力学、空气动力学、电子技术等多学科领域，该发射技术应用有限，使用范围局限性较大。弹射技术一般分为气液压弹射、电磁弹射两种，具有成功率高、局限性小、简单方便等突出优势，被广泛使用。电磁弹射是应用电磁能驱动物体，即采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动，理论分析证明其可以对大型物体进行高速弹射，这也使得其在军事和航天领域具有非常重要的应用前景。此外，相较于气液压弹射，电磁弹射作为一种新型弹射技术，具有隐蔽性好、维护方便、发射效率高、环境影响小、发射设备体积小且易维护、调控性强等优点，受到越来越多的关注。专利号为201920672612.3的实用新型专利公开了一种小型化无人机电磁弹射器，该专利电磁动力大，体积小，可满足小型固定翼无人机的起飞弹射。然而，该专利采用直线电机弹射，发射轨道较长，不利于车载。专利号为201920459336.2的实用新型专利公布了一种无人机连发型电磁弹射系统，实现了多架次无人机的连续车载发射，但该发明只能单个发射，不能实现多架次无人机同时发射。
发明内容
本发明解决的技术问题是：本发明针对小型固定翼无人机机群作战需要，提供一种结构简单、体积小、操作简便、经济成本低的车载小型无人机多架次电磁发射装置，达到小型无人机多架次车载快速发射的目的。本发明提供了一种车载小型无人机多架次电磁发射装置，以解决小型无人机机群作战中的多架次无人机快速发射问题。
本发明的技术方案为：一种车载小型无人机多架次电磁发射装置，包括基座组件、控制发射组件、滑车和导轨组件；所述控制发射组件位于基座组件上，滑车位于导轨组件上；当无人机位于滑车上时，基座组件调整整个发射系统发射方向，控制发射组件控制滑车在导轨组件上运动，对无人机进行发射；
所述控制发射组件包括控制箱、放电线圈和加载铜板且放电线圈和加载铜板同轴布置；
导轨组件包括导轨支架、导轨、导向轴、支撑轴、直线轴承、缓冲器和重力平衡器；导轨支架一端与承载台固连，另一端装有重力平衡器，且重力平衡器通过钢索与滑车连接，导轨支架上部铺设有导轨，下部设有导向轴；导向轴两端分别套有缓冲器和直线轴承，且设有缓冲器的一端与导轨支架设有重力平衡器的一端固连，设有直线轴承的一端依次穿过加载铜板和放电线圈与承载台固连，连接好后，导轨支架6的轴线与承载台1竖直平面内夹角在10°～50°之间，且导向轴、缓冲器、直线轴承、加载铜板和放电线圈轴线重合；
滑车位于导轨上且与直线轴承固定连接；当控制箱充电完成后，控制箱对放电线圈放电，加载铜板与放电线圈间产生电磁斥力；加载铜板驱动滑车和无人机沿导轨滑动，与滑车固连的直线轴承撞击至缓冲器减速，使得无人机与滑车分离进入飞行阶段。
本发明进一步的技术方案为：所述基座组件包括旋转台、承载台和支撑轴，所述支撑轴一端为爪状，与导轨支架固连，另一端与旋转台通过轴承固连；承载台呈板状，通过螺栓连接固定在旋转台上，位于支撑轴与旋转台连接的一端上，通过爪状卡主定位；控制箱固连在承载台上；连接好后，利用电机驱动旋转台，旋转台带动基座组件、控制发射组件、滑车和导轨组件同步绕旋转台轴线转动，实现无人机发射方向调整。
本发明进一步的技术方案为：所述滑车包括滑车连接板、滑车滑轮、滑车承力栏和滑车平台；滑车连接板一端与直线轴承连接，另一端与滑车平台底部固连；滑车滑轮位于滑车平台下方，与导轨配合提供无人机起飞滑行；平台上设有滑车承力栏无人机置于滑车平台上后，滑车承力栏通过无人机的起落架提供起飞推力。
本发明进一步的技术方案为：所述缓冲器一筒状，由弹簧和液压阻尼器构成。
本发明进一步的技术方案为：一种车载小型无人机多架次电磁发射装置的发射方法，包括以下步骤：
步骤1：旋转台旋转，调整并确定无人机发射方向；
步骤2：滑车恢复到发射初始位置，将无人机放置在滑车中，调节重力平衡器，设置重力平衡器的预平衡力F，使得预平衡力F刚好等于无人机3和滑车4在发射方向的重力分力，即满足：
F＝(G1+G2)sinα (1)
其中，G1为无人机的重力，G2为滑车的重力，α为导轨支架的轴线与承载台竖直平面内夹角。
步骤3：控制箱对箱内的电容充电，充电完成后，控制箱对放电线圈放电，加载铜板与放电线圈间产生电磁斥力，加载铜板驱动滑车和无人机沿导轨滑动，滑车低端的直线轴承撞击到缓冲器减速，无人机与滑车分离进入飞行阶段。
发明效果
本发明的技术效果在于：基于RLC放电原理，通过单级电磁力对无人机进行发射，简化了发射装置结构，减小了发射装置体积，降低了装置经济成本；同时，通过单辆卡车装配多个发射装置的方式，利用旋转台控制发射方向，避免撞机，结合同步放电控制，实现了小型无人机多架次同步发射，提高了无人机机群作战响应速率；最后，利用重力平衡器平衡滑车和无人机沿发射方向的重力分力，提高了最大有效发射质量。
附图说明
图1为本发明的等轴视图。
图2为本发明的正视图。
图3为本发明的滑车的等轴视图。
图4为本发明的多个发射装置装配在一辆卡车上的示意图。
图5为本发明发射不同质量无人机的理论可发射速度和起飞速度对比图。
图中：1-承载台，2-控制箱，3-无人机，4-滑车，5-导轨，6-导轨支架，7-重力平衡器，8-缓冲器，9-导向轴，10-直线轴承，11-加载铜板，12-放电线圈，13-旋转台，14-支撑轴，15-滑车连接板，16-滑车滑轮，17-滑车承力栏，18-滑车平台。
具体实施方式
参见图1～图5，为了解决小型无人机机群多架次快速发射的问题，本发明提供了一种车载小型无人机多架次电磁发射装置，具有结构简单、体积小、经济成本低、有效发射质量大等优点。
本发明包括四部分主要组件：基座组件、控制发射组件、导轨组件和滑车4。具体包括：承载台1、控制箱2、无人机3、导轨5、导轨支架6、重力平衡器7、缓冲器8、导向轴9、直线轴承10、加载铜板11、放电线圈12、旋转台13、支撑轴14、滑车连接板15、滑车滑轮16、滑车承力栏17和滑车平台18。其中，基座组件提供支撑和发射方向调整；控制发射组件位于基座组件上，控制系统储能、发射方向和发射；导轨组件位固定于基座组件上，提供发射导向；滑车4位于导轨组件上，用于安装无人机。当无人机位于滑车4上时，基座组件调整整个发射系统发射方向，控制发射组件控制滑车4在导轨组件上运动，对无人机进行发射。
基座组件包括旋转台13、承载台1和支撑轴14，其中：旋转台13底部固连在卡车上，支撑轴14一端为爪状，与导轨支架6固连，另一端与旋转台13通过轴承固连；承载台1呈板状，通过螺栓连接固定在旋转台13上，位于支撑轴14与旋转台13连接的一端上，通过爪状卡主定位。连接好后，利用电机驱动旋转台13，旋转台13带动基座组件、控制发射组件、滑车4和导轨组件同步绕旋转台13轴线转动，实现无人机发射方向调整。
控制发射组件包括控制箱2、放电线圈12和加载铜板11且放电线圈12和加载铜板(11)同轴布置，其中：控制箱2采用专利号为201510050378.7的专利中公开的控制系统，提供储能、充电和放电控制，且控制箱2和放电线圈12固连在承载台1上。
导轨组件包括导轨支架6、导轨5、导向轴9、支撑轴14、直线轴承10、缓冲器8和重力平衡器7，其中：导轨支架6一端与承载台1固连，另一端装有重力平衡器7，且重力平衡器7通过钢索与滑车4连接，导轨支架6上部铺设有导轨5，下部设有导向轴9；导向轴9两端分别套有缓冲器8和直线轴承10，缓冲器8由弹簧和液压阻尼器构成，且设有缓冲器8的一端与导轨支架6设有重力平衡器7的一端固连，设有直线轴承10的一端依次穿过加载铜板11和放电线圈12与承载台1固连，连接好后，导轨支架6的轴线与承载台1竖直平面内夹角在10°～50°之间，且导向轴9、缓冲器8、直线轴承10、加载铜板11和放电线圈12轴线重合。
滑车4位于导轨5上，滑车4包括滑车连接板15、滑车滑轮16、滑车承力栏17和滑车平台18，其中：滑车连接板15一端与直线轴承10连接，另一端与滑车平台18底部固连；滑车滑轮16位于滑车平台18下方，与导轨5配合提供无人机起飞滑行；平台上设有滑车承力栏17，无人机置于滑车平台18上后，滑车承力栏17通过无人机的起落架提供起飞推力。
当控制箱2充电完成后，控制箱2对放电线圈12放电，加载铜板11与放电线圈12间产生电磁斥力；加载铜板11驱动滑车4和无人机3沿导轨5滑动，与滑车4固连的直线轴承10撞击至缓冲器8减速，使得无人机与滑车4分离进入飞行阶段。
单架无人机发射过程中，具体步骤为：
步骤一：旋转台13旋转，调整并确定无人机发射方向；
步骤二：滑车4恢复到发射初始位置，将无人机3放置在滑车4中，设置重力平衡器7的预平衡力F，使其刚好等于无人机3和滑车4在发射方向的重力分力，即满足：
F＝(G1+G2)sinα (1)
其中，G1为无人机3的重力，G2为滑车4的重力，α为导轨支架6的轴线与承载台1竖直平面内夹角。
步骤三：控制箱2采用专利号为201510050378.7的专利公开的控制系统，提供储能、充电和放电控制。对箱内的电容充电，充电完成后，控制箱2对放电线圈12放电，加载铜板11与放电线圈12间产生电磁斥力，加载铜板11驱动滑车4和无人机3沿导轨5滑动，滑车4底部的直线轴承10撞击到缓冲器8减速，无人机3与滑车4分离进入飞行阶段。
根据理论计算，针对固定翼无人机，本发明最大可发射质量为150Kg。此外，工程实际中，针对无人机机群的数量，一辆卡车上装配多个本发明的弹射装置，通过旋转台控制每一架无人机的发射方向，避免撞机，通过控制箱同步放电，实现多架次无人机同步发射。
Claims (5)
1.一种车载小型无人机多架次电磁发射装置，其特征在于，包括基座组件、控制发射组件、滑车(4)和导轨组件；所述控制发射组件位于基座组件上，滑车(4)位于导轨组件上；当无人机位于滑车(4)上时，基座组件调整整个发射系统发射方向，控制发射组件控制滑车(4)在导轨组件上运动，对无人机进行发射；
所述控制发射组件包括控制箱(2)、放电线圈(12)和加载铜板(11)且放电线圈(12)和加载铜板(11)同轴布置；
导轨组件包括导轨支架(6)、导轨(5)、导向轴(9)、支撑轴(14)、直线轴承(10)、缓冲器(8)和重力平衡器(7)；导轨支架(6)一端与承载台(1)固连，另一端装有重力平衡器(7)，且重力平衡器(7)通过钢索与滑车(4)连接，导轨支架(6)上部铺设有导轨(5)，下部设有导向轴(9)；导向轴(9)两端分别套有缓冲器(8)和直线轴承(10)，且设有缓冲器(8)的一端与导轨支架(6)设有重力平衡器(7)的一端固连，设有直线轴承(10)的一端依次穿过加载铜板(11)和放电线圈(12)与承载台(1)固连，连接好后，导轨支架6的轴线与承载台1竖直平面内夹角在10°～50°之间，且导向轴(9)、缓冲器(8)、直线轴承(10)、加载铜板(11)和放电线圈(12)轴线重合；
滑车(4)位于导轨(5)上且与直线轴承(10)固定连接；当控制箱(2)充电完成后，控制箱(2)对放电线圈(12)放电，加载铜板(11)与放电线圈(12)间产生电磁斥力；加载铜板(11)驱动滑车(4)和无人机(3)沿导轨(5)滑动，与滑车(4)固连的直线轴承(10)撞击至缓冲器(8)减速，使得无人机与滑车(4)分离进入飞行阶段。
2.如权利要求1所述的一种车载小型无人机多架次电磁发射装置，其特征在于，所述基座组件包括旋转台(13)、承载台(1)和支撑轴(14)，所述支撑轴(14)一端为爪状，与导轨支架(6)固连，另一端与旋转台(13)通过轴承固连；承载台(1)呈板状，通过螺栓连接固定在旋转台(13)上，位于支撑轴(14)与旋转台(13)连接的一端上，通过爪状卡主定位；控制箱(2)固连在承载台(1)上；连接好后，利用电机驱动旋转台(13)，旋转台(13)带动基座组件、控制发射组件、滑车(4)和导轨组件同步绕旋转台(13)轴线转动，实现无人机发射方向调整。
3.如权利要求1所述的一种车载小型无人机多架次电磁发射装置，其特征在于，所述滑车(4)包括滑车连接板(15)、滑车滑轮(16)、滑车承力栏(17)和滑车平台(18)；滑车连接板(15)一端与直线轴承(10)连接，另一端与滑车平台(18)底部固连；滑车滑轮(16)位于滑车平台(18)下方，与导轨(5)配合提供无人机起飞滑行；平台上设有滑车承力栏(17)，无人机置于滑车平台(18)上后，滑车承力栏(17)通过无人机的起落架提供起飞推力。
4.如权利要求1所述的一种车载小型无人机多架次电磁发射装置，其特征在于，所述缓冲器一筒状，由弹簧和液压阻尼器构成。
5.基于权利要求1所述的一种车载小型无人机多架次电磁发射装置的发射方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：旋转台(13)旋转，调整并确定无人机发射方向；
步骤2：滑车(4)恢复到发射初始位置，将无人机(3)放置在滑车(4)中，调节重力平衡器(7)，设置重力平衡器(7)的预平衡力F，使得预平衡力F刚好等于无人机3和滑车4在发射方向的重力分力，即满足：
F＝(G1+G2)sinα (1)
其中，G1为无人机(3)的重力，G2为滑车(4)的重力，α为导轨支架(6)的轴线与承载台(1)竖直平面内夹角；
步骤3：控制箱(2)对箱内的电容充电，充电完成后，控制箱(2)对放电线圈(12)放电，加载铜板(11)与放电线圈(12)间产生电磁斥力，加载铜板(11)驱动滑车(4)和无人机(3)沿导轨(5)滑动，滑车(4)底端的直线轴承(10)撞击到缓冲器(8)减速，无人机(3)与滑车(4)分离进入飞行阶段。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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