CN113086235A - 一种管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统与实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统与实现方法。本发明搭载于运载平台之上，包括弹射无人机和弹射系统，弹射前弹射无人机被折叠滑入弹射系统内，弹射后，弹射无人机实现自主飞行，去完成指定任务；本发明的弹射无人机具有的优异功能与结构布局，能够明显克服常规无人机对起飞、降落条件要求严苛，以及续航差的问题，不需要助跑，以弹药弹射方式将让无人机，在各种环境下快速起飞，与安全降落，部署速度快；针对该弹射无人机的弹射系统，能够实现该无人机存放，以及通过利用弹射药的爆燃气体，推动推板，间接地将无人机以稳定弹道方式弹射出去，而不会损伤无人机，并且可做成多弹射管形式，无人机弹射效率更高。

Description

一种管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统与实现方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统与实现方法。

背景技术

在无人系统技术快速发展的大背景下，越来越多的无人系统产品走进人们的视野，如无人车辆、无人艇、无人机等，其中无人机凭借其成本低、应用范围广等优势发展最为迅速，从民用领域到军用领域，都可以看到它的身影。但是目前现有形式的无人机，对起飞的环境条件要求比较苛刻，如起飞场地需开阔平稳，无人机起飞时需要与操作人员保持足够的安全距离，这些苛刻条件严重限制了无人机的使用。例如，对于现有的军用无人机而言，一方面由于其无法在运动状态下的平台上，进行部署起飞，导致其无法实现高动态战场下的快速布置，不具备快速切入任务区域的能力；另一方面由于其只能在开阔地面或其他大型平稳平台上进行起飞，且起飞部署时间较长，导致其只能在作战安全区进行远距离部署起飞，长途飞行至任务区域，进行侦察或打击任务，之后再返回至任务基地，最终导致整个任务航程较大，完成一次任务需要携带足量的电源或其他形式的能源，但这将会大大压缩其有效载荷空间，从而降低其任务效能。

发明内容

针对以上无人机应用领域中存在的问题，本发明提出了一种管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统与实现方法，该无人机系统可搭载在飞机、车辆、舰船或星际探测器等运动形式的运载平台之上，当运载平台到达任务区域，该型无人机可在运载平台行进中，以弹射方式快速起飞，弹射快速切入至任务区域执行任务，实现快速部署，解决当前无人机起飞条件苛刻导致的部署灵活性差以及任务载荷空间被挤压的问题。

本发明的一个目的在于提出一种管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统。

本发明的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统，搭载于运载平台之上，包括：弹射无人机和弹射系统；其中，弹射系统内置安装于运载平台中，弹射系统的弹射口位于运载平台的顶部，且垂直指向运载平台的正上方，能够实现对多个弹射无人机进行弹射的功能；弹射无人机安装于弹射系统中，借助弹射系统能够快速完成起飞升空，实现高动态战场快速部署，快速执行任务；当运载平台到达指定任务区域后，操作人员通过控制弹射系统，将弹射无人机按弹道形式快速弹射，弹射无人机以弹道飞行方式快速升空后，首先利用自身稳定机构完成空中被动稳定，完成被动稳定后再利用自身飞行动力实现自主飞行，并去执行预定任务；

弹射无人机包括：头罩、结构底框、支撑柱、设备安装板组件、电源、控制板、电机驱动板、旋翼臂折叠机构、旋翼臂、小型电机、旋翼、支撑腿和支撑腿折叠机构以及任务载荷；其中，头罩为空心壳体，外形呈弹头状；结构底框为环形，中心具有中空通道；设备安装板组件位于头罩与结构底框之间，，设备安装板组件平行于结构底框；三根支撑柱呈中心对称布局，支撑柱的方向平行于头罩中心轴的方向，位于头罩、设备安装板和结构底框的外边缘，将头罩、设备安装板与结构底框连接固定为一体；电源、控制板和电机驱动板安装在设备安装板组件上；任务载荷安装在结构底框上，位于设备安装板组件与结构底框之间；多根旋翼臂中心对称的安装在设备安装板组件的边缘，每一个旋翼臂的连接端通过旋翼臂折叠机构安装于设备安装板组件的外边缘，折叠机构的位置与支撑柱的位置在空间上相互错开，以保证旋翼臂折叠时，避免与支撑柱发生碰撞；每一个旋翼臂的悬空端的下表面安装小型电机；在小型电机的输出轴上安装旋翼；电源分别连接至驱动板和控制板；电机驱动板通过驱动线缆连接至每个小型电机；控制板通过控制线缆连接电机驱动板，给其发送电机控制指令，电机驱动板将电机控制指令转换为对应的驱动小型电机的功率电流，驱动小型电机工作；在结构底框的下表面边缘设置三个呈中心对称分布的支撑腿；每一个支撑腿包括板状主体、定向尾翼和起落脚，其中，板状主体的顶端通过支撑腿折叠机构安装在结构底框的下表面边缘，板状主体的底端设置有起落脚，定向尾翼设置在板状主体靠近起落脚的外侧；

弹射装置包括：壳体、弹射管、弹射推板、推板导向钮、盖板、推板导向槽、定向槽、装药室、弹射药和底板；其中，壳体的上部分内部形成弹射管；弹射管的底端设置有弹射推板，弹射推板的边缘设置有与其连接为一体且呈中心对称分布的多个推板导向钮；与多个推板导向钮相对应，在弹射管的内侧壁上设置有相应的多个推板导向槽，推板导向槽沿着中心轴的方向，推板导向槽的顶端与弹射管的顶端有距离，即推板导向槽未开通至弹射管的管口，每一个推板导向钮分别位于对应的推板导向槽内；与三个支撑腿相对应，在弹射管的内侧壁上设置有相应的三个定向槽，每一个支撑腿外边缘的定向尾翼位于相应的定向槽内，定向槽穿透弹射管的管口；弹射管的顶端设置有盖板；壳体的底部开设有装药室，弹射药盛放在装药室中，在装药室的底部设置有底板；底板位于装药室的一侧布设点火头，点火头导线引至运载平台的控制器上；装药室与弹射管的底部之间开设有多条导气小孔，导气小孔的轴沿着中心轴方向，导气小孔中填塞耐热材料，隔断弹射管和装药室，但允许空气流通；弹射无人机安放在弹射管内的弹射推板上；

弹射前，弹射无人机的旋翼臂和支撑腿被折叠收回，支撑腿的定向尾翼与弹射管内的定向槽配合，滑入弹射管内；盖上盖板将弹射管密封；弹射时，运载平台的控制器接通点火头，点火头爆炸，将装药室的弹射药点燃，在装药室产生高压气体，通过导气小孔压入弹射管，由于弹射推板产生了足够的气密性效果，弹射推板底部受高压气体推动，在弹射管内快速滑动，弹射推板推动弹射无人机的支撑腿，支撑腿带动弹射无人机受推力作用沿定向槽向上定向滑动，支撑腿上的定向尾翼，使无人机在弹射管内保持定向运动，保证其在弹射管内不会出现自旋，冲破盖板实现升空，最终出弹射管时不会有自旋速度；弹射无人机离开弹射管后，通过支撑腿折叠机构将支撑腿展开，定向尾翼可增加其弹射出去后飞行的稳定性，帮助其最终实现自主飞行，并且旋翼臂折叠机构将旋翼臂展开，小型电机驱动旋翼旋转，之后弹射无人机实现自主飞行，去完成指定任务；在无人机降落时，支撑腿首先着地，缓冲落地冲击，实现无人机安全降落。

运载平台为地面车辆、空中飞机、水面舰艇或星际探测器。任务载荷为如成像设备或数据传输设备。

头罩采用弹头气动外形进行设计，可有效降低风阻，提高弹射无人机起飞速度，增强快速部署能力。

结构底框包括上环形板、下环形板和小型加强筋片；其中，上环形板和下环形板形状相同上下对正放置，二者之间设置多片小型加强筋片；小型加强筋片以三角布局形式连接上环形板和下环形板，即不与上环形板和下环形板垂直，相邻的小型加强筋片依次顶部相连或底部相连，使其在使用较少结构型材的情况下具有更高的结构强度，降低无人机结构重量。

设备安装板组件包括第一设备安装板和第二设备安装板两片；其中，第一设备安装板和第二设备安装板呈圆形，板面垂直于弹射无人机的中心轴，边缘固定在支撑柱上；第一和第二设备安装板分层安装，第一设备安装板位于上方，用于安装电源，将头罩的空间充分利用；第二设备安装板位于下方，用于安装控制板和电机驱动板，在提高结构紧凑性的同时，提高整个系统的结构强度；第二设备安装板的厚度大于第一设备安装板因其在安放控制板和电机驱动板的同时，边缘还用于安装旋翼臂，是整个系统在自主旋翼飞行中的主要承力部件。

三个支撑腿相位角间隔120°，相应的支撑柱也为三根，每一个支撑腿与对应的支撑柱的位置在空间上上下位置对正，此结构可实现无人机被弹射时，三根支撑腿将弹射推力有效传递至三根支撑柱，最后三根支撑柱将此推力传递至整个无人机结构，保证了无人机整体受力均匀，避免局部受力。

任务载荷安装于结构底框；如无人机常规任务载荷中的测距仪和图像传感器安装在结构底框的下表面上，因结构底框下部再无其他结构，可保证测距仪具有很好的对地测距条件，对于图像传感器，能够保证其具有良好的侦察视野。

盖板采用玻璃纤维复合材料，实现无人机弹射时的自主冲破，该材料也用作箱式火箭的密封盖，可靠性高，可保证被冲破时不会对无人机造成损坏；弹射推板采用碳纤维摩擦材料，该材料常见用于制作高档跑车的刹车片，可满足耐磨、耐高温使用要求。

支撑腿采用三根120°布局，实现不平坦地面的稳定着陆，同时可缓冲着陆冲击；起落脚采用高强度、耐磨材料，保证在无人机起飞和降落时，对支撑腿进行有效保护。

折叠机构包括：轴杆、扭簧、弹簧、限位块、楔形块和楔形槽；对于旋翼臂折叠机构，基体为设备安装板组件，转动体为旋翼臂；对于支撑腿折叠机构，基体为结构底框，转动体为支撑腿；其中，基体边缘具有豁口，转动体的顶端具有与豁口匹配的插头，插头内两侧分别设置有左腔和右腔，左腔的右端为开口，左腔内放有弹簧和楔形块，弹簧在左腔右端，紧压弹簧靠近左腔的开口处放有楔形块，初始时基体的豁口侧壁抵住楔形块，楔形块将弹簧压缩时，两者完全挤于左腔内，楔形块呈扁平状且其中心轴处预制有轴杆孔，右腔为设置有扭簧一端的固定插孔和一个预留给扭簧另一端通往基体的通孔，扭簧的一端放置在转动体的插头的固定插孔内，并且通过通孔扭簧的另一端插于基体的固定插孔上；隔开左腔与右腔的实体上加工有轴杆配合孔，插头插入至豁口；在基体上开设有共轴的轴杆配合孔；轴杆通过轴杆配合孔贯穿基体的边缘与转动体的插头以及插头中的弹簧、楔形块和扭簧，从而通过轴杆将转动体与基体连接，保证了转动体能够绕基体转动；初始位置时即折叠时，基体与转动体保持互相垂直，扭簧被预先旋紧，扭簧的一端插入至转动体右腔中的固定插孔，另一端通过转动体右腔预留的通孔插入至基体的固定插孔，最后插入轴杆，由此扭簧便有了朝松旋方向的展开力，松旋方向对应折叠机构的自动展开方向；限位块设置在基体的底端，并超出转动体顶部的插头，用于保证转动体自动展开时，限定转动体相对于基体的极限位置；在与楔形块相对应的基体的豁口边缘设置楔形槽；在初始位置时，即转动体和基体呈垂直，楔形槽与楔形块形状呈错位；弹簧、楔形块和楔形槽配合使用，当转动体展开到达极限位置时，楔形槽和楔形块的形状位置实现对齐，弹簧推动楔形块插入楔形槽，将转动体和基体楔死，保证转动体不会因受到其他外力而发生间歇性回转而晃动，其工作原理是，楔形块预先将弹簧压缩，当转动体到达极限位置时，楔形槽与楔形块对齐，楔形块被弹簧推入楔形槽，转动体被卡死；楔形槽留有侧边开口，保证使用专用工具通过侧边开口，可将楔形块从楔形槽中拉出，使折叠机构可被再次折叠。

其中，对于旋翼臂而言，其折叠机构的基体是第二设备安装板，转动体是旋翼臂，限位块的位置，以保证旋翼臂到达极限位置时，与无人机轴线垂直为准，初始位置时，楔形槽和楔形块呈十字错位；对于支撑腿而言，其折叠机构的基体是结构底框，转动体是支撑腿，限位块的位置，以保证支撑腿到达极限位置时，与无人机轴线夹角为45度，初始位置时，楔形槽和楔形块呈45°错位；旋翼臂与支撑腿的初始折叠收放位置与无人机轴线平行，朝尾部收放。

本发明能够在同一个运载平台安装多套弹射无人机及其弹射系统，能够进行多弹射无人机的弹射。

本发明的另一个目的在于提出一种管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统的实现方法。

本发明的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统的实现方法，包括以下步骤：

1)弹射前，弹射无人机的旋翼臂和支撑腿被折叠收回，支撑腿的定向尾翼与弹射管内的定向槽配合，滑入弹射管内；

2)盖上盖板将弹射管密封；

3)弹射时，运载平台的控制器接通点火头，点火头爆炸，将装药室的弹射药点燃，在装药室产生高压气体，通过导气小孔压入弹射管，由于弹射推板产生了足够的气密性效果，弹射推板底部受高压气体推动，在弹射管内快速滑动，弹射推板推动弹射无人机的支撑腿，支撑腿带动弹射无人机受推力作用沿定向槽向上定向滑动，支撑腿上的定向尾翼，使无人机在弹射管内保持定向运动，保证其在弹射管内不会出现自旋，冲破盖板实现升空，最终出弹射管时不会有自旋速度；

4)弹射无人机离开弹射管后，通过支撑腿折叠机构将支撑腿展开，定向尾翼可增加其弹射出去后飞行的稳定性，帮助其最终实现自主飞行；

5)通过旋翼臂折叠机构将旋翼臂展开，控制板通过控制线缆连接电机驱动板，并通过其板上加速度传感器感知已被弹射出去，开始给电机驱动板发送电机控制指令，电机驱动板将电机控制指令转换为对应的驱动小型电机的功率电流，驱动小型电机工作，小型电机驱动旋翼旋转，之后弹射无人机实现自主飞行，去完成指定任务；

6)在无人机降落时，支撑腿首先着地，缓冲落地冲击，实现无人机安全降落。

本发明的优点：

本发明的弹射无人机具有的优异功能与结构布局，能够明显克服常规无人机对起飞、降落条件要求严苛，以及续航差的问题，不需要助跑，以弹药弹射方式将让无人机，在各种环境下快速起飞，与安全降落，部署速度快；针对该弹射无人机的弹射系统，能够实现该无人机存放，以及通过利用弹射药的爆燃气体，推动推板，间接地将无人机以稳定弹道方式弹射出去，而不会损伤无人机，并且可做成多弹射管形式，无人机弹射效率更高。

附图说明

图1为本发明的弹射无人机的展开示意图，其中，(a)为侧视图，(b)为仰视图；

图2为本发明的弹射无人机的折叠示意图；

图3为本发明的弹射系统的剖面图；

图4为本发明的弹射系统弹射出弹射无人机的示意图；

图5为本发明的弹射无人机及弹射系统的应用场景的示意图；

图6为本发明的弹射无人机及弹射系统弹射多管无人机弹射的示意图；

图7为本发明的弹射无人机的结构框图；

图8为本发明的弹射无人机的折叠机构的示意图，其中，(a)为折叠时的正视局部剖视图，(b)为折叠时的左视剖视图，(c)为折叠时的附视图，(d)为展开时的正视局部剖视图，(e)为展开时的左视剖视图，(f)为展开时的附视图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统，搭载于运载平台之上，包括：弹射无人机和弹射系统；其中，弹射系统内置安装于运载平台中，弹射系统的弹射口位于运载平台的顶部，且垂直指向运载平台的正上方，能够实现对多个弹射无人机进行弹射的功能；弹射无人机安装于弹射系统中，借助弹射系统能够快速完成起飞升空，实现高动态战场快速部署，快速执行任务；当运载平台到达指定任务区域后，操作人员通过控制弹射系统，将弹射无人机按弹道形式快速弹射，弹射无人机以弹道飞行方式快速升空后，首先利用自身稳定机构完成空中被动稳定，完成被动稳定后再利用自身飞行动力实现自主飞行，并去执行预定任务；

弹射无人机包括：头罩11、结构底框12、支撑柱13、设备安装板组件14、电源15、控制板16、电机驱动板17、旋翼臂折叠机构18、旋翼臂19、小型电机20、旋翼21、支撑腿22和支撑腿折叠机构23以及任务载荷24；其中，头罩为空心壳体，外形呈弹头状；结构底框为环形，中心具有中空通道；设备安装板组件位于头罩与结构底框之间，，设备安装板组件平行于结构底框；三根支撑柱呈中心对称布局，支撑柱的方向平行于头罩中心轴的方向，位于头罩、设备安装板和结构底框的外边缘，将头罩、设备安装板与结构底框连接固定为一体；电源、控制板和电机驱动板安装在设备安装板组件上；任务载荷安装在结构底框上，位于设备安装板组件与结构底框之间；多根旋翼臂中心对称的安装在设备安装板组件的边缘，每一个旋翼臂的连接端通过旋翼臂折叠机构安装于设备安装板组件的外边缘，折叠机构的位置与支撑柱的位置在空间上相互错开，以保证旋翼臂折叠时，避免与支撑柱发生碰撞；每一个旋翼臂的悬空端的下表面安装小型电机；在小型电机的输出轴上安装旋翼；如图7所示，电源分别连接至驱动板和控制板，为二者供电；电机驱动板通过驱动线缆连接至每个小型电机；控制板通过控制线缆连接电机驱动板，给其发送电机控制指令，电机驱动板将电机控制指令转换为对应的驱动小型电机的功率电流，功率电流通过驱动线缆驱动小型电机工作；在结构底框的下表面边缘设置三个呈中心对称分布的支撑腿；每一个支撑腿包括板状主体、定向尾翼和起落脚，其中，板状主体的顶端通过支撑腿折叠机构安装在结构底框的下表面边缘，板状主体的底端设置有起落脚，定向尾翼设置在板状主体靠近起落脚的外侧；

如图3所示，弹射装置包括：壳体25、弹射管26、弹射推板27、推板导向钮28、盖板29、推板导向槽30、定向槽31、装药室32、弹射药33和底板34；其中，壳体的上部分内部形成弹射管；弹射管的底端设置有弹射推板，弹射推板的边缘设置有与其连接为一体且呈中心对称分布的多个推板导向钮；与多个推板导向钮相对应，在弹射管的内侧壁上设置有相应的多个推板导向槽，推板导向槽沿着中心轴的方向，推板导向槽的顶端与弹射管的顶端有距离，即推板导向槽未开通至弹射管的管口，每一个推板导向钮分别位于对应的推板导向槽内；与三个支撑腿相对应，在弹射管的内侧壁上设置有相应的三个定向槽，每一个支撑腿外边缘的定向尾翼位于相应的定向槽内，定向槽穿透弹射管的管口；弹射管的顶端设置有盖板；壳体的底部开设有装药室，弹射药盛放在装药室中，在装药室的底部设置有底板；底板位于装药室的一侧布设点火头，点火头导线引至运载平台的控制器上；装药室与弹射管的底部之间开设有多条导气小孔，导气小孔的轴沿着中心轴方向，导气小孔中填塞耐热材料，隔断弹射管和装药室，但允许空气流通；弹射无人机安放在弹射管内的弹射推板上；

如图2所示，弹射前，弹射无人机的旋翼臂和支撑腿被折叠收回，支撑腿的定向尾翼与弹射管内的定向槽配合，滑入弹射管内；盖上盖板将弹射管密封；弹射时，运载平台的控制器接通点火头，如图4所示，点火头爆炸，将装药室的弹射药点燃，在装药室产生高压气体，通过导气小孔压入弹射管，由于弹射推板产生了足够的气密性效果，弹射推板底部受高压气体推动，在弹射管内快速滑动，弹射推板推动弹射无人机的支撑腿，支撑腿带动弹射无人机受推力作用沿定向槽向上定向滑动，支撑腿上的定向尾翼，使无人机在弹射管内保持定向运动，保证其在弹射管内不会出现自旋，冲破盖板实现升空，最终出弹射管时不会有自旋速度；弹射无人机离开弹射管后，通过支撑腿折叠机构将支撑腿展开，定向尾翼可增加其弹射出去后飞行的稳定性，帮助其最终实现自主飞行，并且旋翼臂折叠机构将旋翼臂展开，小型电机驱动旋翼旋转，之后弹射无人机实现自主飞行，去完成指定任务；在无人机降落时，支撑腿首先着地，缓冲落地冲击，实现无人机安全降落。

结构底框包括上环形板、下环形板和小型加强筋片；其中，上环形板和下环形板形状相同上下对正放置，二者之间设置多片小型加强筋片；小型加强筋片以三角布局形式连接上环形板和下环形板，即不与上环形板和下环形板垂直，相邻的小型加强筋片依次顶部相连或底部相连，使其在使用较少结构型材的情况下具有更高的结构强度，降低无人机结构重量。

设备安装板组件包括第一设备安装板和第二设备安装板两片；其中，第一设备安装板和第二设备安装板呈圆形，板面垂直于弹射无人机的中心轴，边缘固定在支撑柱上；第一和第二设备安装板分层安装，第一设备安装板位于上方，用于安装电源，将头罩的空间充分利用；第二设备安装板位于下方，用于安装控制板和电机驱动板，在提高结构紧凑性的同时，提高整个系统的结构强度；第二设备安装板的厚度大于第一设备安装板因其在安放控制板和电机驱动板的同时，边缘还用于安装旋翼臂，是整个系统在自主旋翼飞行中的主要承力部件。

三个支撑腿相位角间隔120°，相应的支撑柱也为三根，每一个支撑腿与对应的支撑柱的位置在空间上上下位置对正，此结构可实现无人机被弹射时，三根支撑腿将弹射推力有效传递至三根支撑柱，最后三根支撑柱将此推力传递至整个无人机结构，保证了无人机整体受力均匀，避免局部受力。

任务载荷安装于结构底框；如无人机常规任务载荷中的测距仪和图像传感器安装在结构底框的下表面上，因结构底框下部再无其他结构，可保证测距仪具有很好的对地测距条件，对于图像传感器，能够保证其具有良好的侦察视野。

盖板采玻璃纤维布；弹射推板采用碳纤维摩擦材料。

支撑腿采用三根120°布局，实现不平坦地面的稳定着陆，同时可缓冲着陆冲击；起落脚采用高强度、耐磨材料，保证在无人机起飞和降落时，对支撑腿进行有效保护。

如图8所示，折叠机构包括轴杆1、扭簧2、弹簧3、限位块4、楔形块5和楔形槽6；对于旋翼臂折叠机构，基体7为设备安装板组件，转动体8为旋翼臂；对于支撑腿折叠机构，基体为结构底框，转动体为支撑腿；其中，基体边缘具有豁口，转动体的顶端具有与豁口匹配的插头，插头内两侧分别设置有左腔和右腔，左腔的右端为开口，左腔内放有弹簧和楔形块，弹簧在左腔右端，紧压弹簧靠近左腔的开口处放有楔形块，初始时基体的豁口侧壁抵住楔形块，楔形块将弹簧压缩时，两者完全挤于左腔内，楔形块呈扁平状且其中心轴处预制有轴杆孔，右腔为设置有扭簧一端的固定插孔和一个预留给扭簧另一端通往基体的通孔，扭簧的一端放置在转动体的插头的固定插孔内，并且通过通孔扭簧的另一端插于基体的固定插孔上；隔开左腔与右腔的实体上加工有轴杆配合孔，插头插入至豁口；在基体上开设有共轴的轴杆配合孔；轴杆通过轴杆配合孔贯穿基体的边缘与转动体的插头以及插头中的弹簧、楔形块和扭簧，从而通过轴杆将转动体与基体连接，保证了转动体能够绕基体转动；初始位置时即折叠时，基体与转动体保持互相垂直，扭簧被预先旋紧，扭簧的一端插入至转动体右腔中的固定插孔，另一端通过转动体右腔预留的通孔插入至基体的固定插孔，最后插入轴杆，由此扭簧便有了朝松旋方向的展开力，松旋方向对应折叠机构的自动展开方向；限位块设置在基体的底端，并超出转动体顶部的插头，用于保证转动体自动展开时，限定转动体相对于基体的极限位置；在与楔形块相对应的基体的豁口边缘设置楔形槽，槽呈扁平状且扁平厚度、宽度均比楔形块大1.5mm～2mm；在初始位置时，即转动体和基体呈垂直，楔形槽与楔形块形状呈错位；弹簧、楔形块和楔形槽配合使用，当转动体展开到达极限位置时，楔形槽和楔形块的形状位置实现对齐，弹簧推动楔形块插入楔形槽，将转动体和基体楔死，保证转动体不会因受到其他外力而发生间歇性回转而晃动，其工作原理是，楔形块预先将弹簧压缩，当转动体到达极限位置时，楔形槽与楔形块对齐，楔形块被弹簧推入楔形槽，转动体被卡死；楔形槽留有侧边开口，保证使用专用工具通过侧边开口，可将楔形块从楔形槽中拉出，使折叠机构可被再次折叠。

其中，对于旋翼臂而言，其折叠机构的基体是第二设备安装板，转动体是旋翼臂，限位块的位置，以保证旋翼臂到达极限位置时，与无人机轴线垂直为准；对于支撑腿而言，其折叠机构的基体是结构底框，转动体是支撑腿，限位块的位置，以保证支撑腿到达极限位置时，与无人机轴线夹角为45度；旋翼臂与支撑腿的初始折叠收放位置与无人机轴线平行，朝尾部收放。

如图6所示，在同一个运载平台安装三套弹射无人机及其弹射系统，能够进行多弹射无人机的弹射。

本实施例的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统的实现方法，包括以下步骤：

1)弹射前，弹射无人机的旋翼臂和支撑腿被折叠收回，支撑腿的定向尾翼与弹射管内的定向槽配合，滑入弹射管内；

2)盖上盖板将弹射管密封；

3)弹射时，运载平台的控制器接通点火头，点火头爆炸，将装药室的弹射药点燃，在装药室产生高压气体，通过导气小孔压入弹射管，由于弹射推板产生了足够的气密性效果，弹射推板底部受高压气体推动，在弹射管内快速滑动，弹射推板推动弹射无人机的支撑腿，支撑腿带动弹射无人机受推力作用沿定向槽向上定向滑动，支撑腿上的定向尾翼，使无人机在弹射管内保持定向运动，保证其在弹射管内不会出现自旋，冲破盖板实现升空，最终出弹射管时不会有自旋速度；

4)弹射无人机离开弹射管后，通过支撑腿折叠机构将支撑腿展开，定向尾翼可增加其弹射出去后飞行的稳定性，帮助其最终实现自主飞行，如图5所示；

5)通过旋翼臂折叠机构将旋翼臂展开，控制板通过控制线缆连接电机驱动板，给其发送电机控制指令，电机驱动板将电机控制指令转换为对应的驱动小型电机的功率电流，驱动小型电机工作，小型电机驱动旋翼旋转，之后弹射无人机实现自主飞行，去完成指定任务；

6)在无人机降落时，支撑腿首先着地，缓冲落地冲击，实现无人机安全降落。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统，其特征在于，搭载于运载平台之上，所述管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统包括：弹射无人机和弹射系统；其中，弹射系统内置安装于运载平台中，弹射系统的弹射口位于运载平台的顶部，且垂直指向运载平台的正上方，能够实现对多个弹射无人机进行弹射的功能；弹射无人机安装于弹射系统中，借助弹射系统能够快速完成起飞升空，实现高动态战场快速部署，快速执行任务；当运载平台到达指定任务区域后，操作人员通过控制弹射系统，将弹射无人机按弹道形式快速弹射，弹射无人机以弹道飞行方式快速升空后，首先利用自身稳定机构完成空中被动稳定，完成被动稳定后再利用自身飞行动力实现自主飞行，并去执行预定任务；

弹射无人机包括：头罩、结构底框、支撑柱、设备安装板组件、电源、控制板、电机驱动板、旋翼臂折叠机构、旋翼臂、小型电机、旋翼、支撑腿和支撑腿折叠机构以及任务载荷；其中，头罩为空心壳体，外形呈弹头状；结构底框为环形，中心具有中空通道；设备安装板组件位于头罩与结构底框之间，，设备安装板组件平行于结构底框；三根支撑柱呈中心对称布局，支撑柱的方向平行于头罩中心轴的方向，位于头罩、设备安装板和结构底框的外边缘，将头罩、设备安装板与结构底框连接固定为一体；电源、控制板和电机驱动板安装在设备安装板组件上；任务载荷安装在结构底框上，位于设备安装板组件与结构底框之间；多根旋翼臂中心对称的安装在设备安装板组件的边缘，每一个旋翼臂的连接端通过旋翼臂折叠机构安装于设备安装板组件的外边缘，折叠机构的位置与支撑柱的位置在空间上相互错开，以保证旋翼臂折叠时，避免与支撑柱发生碰撞；每一个旋翼臂的悬空端的下表面安装小型电机；在小型电机的输出轴上安装旋翼；电源分别连接至驱动板和控制板；电机驱动板通过驱动线缆连接至每个小型电机；控制板通过控制线缆连接电机驱动板，给其发送电机控制指令，电机驱动板将电机控制指令转换为对应的驱动小型电机的功率电流，驱动小型电机工作；在结构底框的下表面边缘设置三个呈中心对称分布的支撑腿；每一个支撑腿包括板状主体、定向尾翼和起落脚，其中，板状主体的顶端通过支撑腿折叠机构安装在结构底框的下表面边缘，板状主体的底端设置有起落脚，定向尾翼设置在板状主体靠近起落脚的外侧；

弹射装置包括：壳体、弹射管、弹射推板、推板导向钮、盖板、推板导向槽、定向槽、装药室、弹射药和底板；其中，壳体的上部分内部形成弹射管；弹射管的底端设置有弹射推板，弹射推板的边缘设置有与其连接为一体且呈中心对称分布的多个推板导向钮；与多个推板导向钮相对应，在弹射管的内侧壁上设置有相应的多个推板导向槽，推板导向槽沿着中心轴的方向，推板导向槽的顶端与弹射管的顶端有距离，即推板导向槽未开通至弹射管的管口，每一个推板导向钮分别位于对应的推板导向槽内；与三个支撑腿相对应，在弹射管的内侧壁上设置有相应的三个定向槽，每一个支撑腿外边缘的定向尾翼位于相应的定向槽内，定向槽穿透弹射管的管口；弹射管的顶端设置有盖板；壳体的底部开设有装药室，弹射药盛放在装药室中，在装药室的底部设置有底板；底板位于装药室的一侧布设点火头，点火头导线引至运载平台的控制器上；装药室与弹射管的底部之间开设有多条导气小孔，导气小孔的轴沿着中心轴方向，导气小孔中填塞耐热材料，隔断弹射管和装药室，但允许空气流通；弹射无人机安放在弹射管内的弹射推板上；

弹射前，弹射无人机的旋翼臂和支撑腿被折叠收回，支撑腿的定向尾翼与弹射管内的定向槽配合，滑入弹射管内；盖上盖板将弹射管密封；弹射时，运载平台的控制器接通点火头，点火头爆炸，将装药室的弹射药点燃，在装药室产生高压气体，通过导气小孔压入弹射管，由于弹射推板产生了足够的气密性效果，弹射推板底部受高压气体推动，在弹射管内快速滑动，弹射推板推动弹射无人机的支撑腿，支撑腿带动弹射无人机受推力作用沿定向槽向上定向滑动，支撑腿上的定向尾翼，使无人机在弹射管内保持定向运动，保证其在弹射管内不会出现自旋，冲破盖板实现升空，最终出弹射管时不会有自旋速度；弹射无人机离开弹射管后，通过支撑腿折叠机构将支撑腿展开，定向尾翼增加弹射出去后飞行的稳定性，帮助弹射无人机最终实现自主飞行，并且旋翼臂折叠机构将旋翼臂展开，小型电机驱动旋翼旋转，之后弹射无人机实现自主飞行，去完成指定任务；在无人机降落时，支撑腿首先着地，缓冲落地冲击，实现无人机安全降落。

2.如权利要求1所述的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统，其特征在于，所述头罩采用弹头气动外形。

3.如权利要求1所述的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统，其特征在于，所述结构底框包括上环形板、下环形板和小型加强筋片；其中，上环形板和下环形板形状相同上下对正放置，二者之间设置多片小型加强筋片；小型加强筋片以三角布局形式连接上环形板和下环形板，即不与上环形板和下环形板垂直，相邻的小型加强筋片依次顶部相连或底部相连。

4.如权利要求1所述的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统，其特征在于，所述设备安装板组件包括第一设备安装板和第二设备安装板两片；其中，第一设备安装板和第二设备安装板呈圆形，板面垂直于弹射无人机的中心轴，边缘固定在支撑柱上；第一和第二设备安装板分层安装，第一设备安装板位于上方，用于安装电源，将头罩的空间充分利用；第二设备安装板位于下方，用于安装控制板和电机驱动板，在提高结构紧凑性的同时，提高整个系统的结构强度；第二设备安装板的厚度大于第一设备安装板因其在安放控制板和电机驱动板的同时，边缘还用于安装旋翼臂。

5.如权利要求1所述的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统，其特征在于，所述盖板采用玻璃纤维复合材料；弹射推板采用碳纤维摩擦材料。

6.如权利要求1所述的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统，其特征在于，所述折叠机构包括：轴杆、扭簧、弹簧、限位块、楔形块和楔形槽；对于旋翼臂折叠机构，基体为设备安装板组件，转动体为旋翼臂；对于支撑腿折叠机构，基体为结构底框，转动体为支撑腿；其中，基体边缘具有豁口，转动体的顶端具有与豁口匹配的插头，插头内两侧分别设置有左腔和右腔，左腔的右端为开口，左腔内放有弹簧和楔形块，弹簧在左腔右端，紧压弹簧靠近左腔的开口处放有楔形块，初始时基体的豁口侧壁抵住楔形块，楔形块将弹簧压缩时，两者完全挤于左腔内，楔形块呈扁平状且其中心轴处预制有轴杆孔，右腔为设置有扭簧一端的固定插孔和一个预留给扭簧另一端通往基体的通孔，扭簧的一端放置在转动体的插头的固定插孔内，并且通过通孔扭簧的另一端插于基体的固定插孔上；隔开左腔与右腔的实体上加工有轴杆配合孔，插头插入至豁口；在基体上开设有共轴的轴杆配合孔；轴杆通过轴杆配合孔贯穿基体的边缘与转动体的插头以及插头中的弹簧、楔形块和扭簧，从而通过轴杆将转动体与基体连接，保证了转动体能够绕基体转动；初始位置时即折叠时，基体与转动体保持互相垂直，扭簧被预先旋紧，扭簧的一端插入至转动体右腔中的固定插孔，另一端通过转动体右腔预留的通孔插入至基体的固定插孔，最后插入轴杆，由此扭簧便有了朝松旋方向的展开力，松旋方向对应折叠机构的自动展开方向；限位块设置在基体的底端，并超出转动体顶部的插头，用于保证转动体自动展开时，限定转动体相对于基体的极限位置；在与楔形块相对应的基体的豁口边缘设置楔形槽；在初始位置时，即转动体和基体呈垂直，楔形槽与楔形块形状呈错位；弹簧、楔形块和楔形槽配合使用，当转动体展开到达极限位置时，楔形槽和楔形块的形状位置实现对齐，弹簧推动楔形块插入楔形槽，将转动体和基体楔死，保证转动体不会因受到其他外力而发生间歇性回转而晃动，其工作原理是，楔形块预先将弹簧压缩，当转动体到达极限位置时，楔形槽与楔形块对齐，楔形块被弹簧推入楔形槽，转动体被卡死；楔形槽留有侧边开口，将楔形块能够从楔形槽中拉出，使折叠机构被再次折叠。

7.一种如权利要求1所述的管式垂直弹射型弹射无人机及其弹射系统的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

1)啊弹射前，弹射无人机的旋翼臂和支撑腿被折叠收回，支撑腿的定向尾翼与弹射管内的定向槽配合，滑入弹射管内；

2)盖上盖板将弹射管密封；

3)弹射时，运载平台的控制器接通点火头，点火头爆炸，将装药室的弹射药点燃，在装药室产生高压气体，通过导气小孔压入弹射管，由于弹射推板产生了足够的气密性效果，弹射推板底部受高压气体推动，在弹射管内快速滑动，弹射推板推动弹射无人机的支撑腿，支撑腿带动弹射无人机受推力作用沿定向槽向上定向滑动，支撑腿上的定向尾翼，使无人机在弹射管内保持定向运动，保证其在弹射管内不会出现自旋，冲破盖板实现升空，最终出弹射管时不会有自旋速度；

4)弹射无人机离开弹射管后，通过支撑腿折叠机构将支撑腿展开，定向尾翼增加弹射出去后飞行的稳定性，帮助弹射无人机最终实现自主飞行；

5)通过旋翼臂折叠机构将旋翼臂展开，控制板通过控制线缆连接电机驱动板，并通过其板上加速度传感器感知已被弹射出去，开始给电机驱动板发送电机控制指令，电机驱动板将电机控制指令转换为对应的驱动小型电机的功率电流，驱动小型电机工作，小型电机驱动旋翼旋转，之后弹射无人机实现自主飞行，去完成指定任务；

6)在无人机降落时，支撑腿首先着地，缓冲落地冲击，实现无人机安全降落。

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