CN113218242B - 一种通用垂直发射转弯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种通用垂直发射转弯装置，包括装置壳体，所述装置壳体的头部设置两个分离发动机，装置壳体内部有一对同轴水平放置直径不同的齿轮，每个齿轮接触一个刹车器，两齿轮中间连接一个电控组；电控组由电源和传感器组成；在所述传感器上集成有无线接收模块和传感器控制模块；在电脑终端上安装有操作模块和无线发射模块；所述传感器控制模块依据控制指令，生成传感器的启闭控制信号，并将启闭控制信号发送至发电机，所述发电机接到启闭控制信号后进行启闭对齿轮进行刹车。本发明不但可使导弹在垂直发射过程中完成转向，还可替代燃气舵，节省额外空间，使弹体更短，转向完成后，装置自抛降低奔袭过程中导弹重量，提高导弹打击和防御能力，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及导弹领域，具体涉及使导弹垂直发射转弯的可抛装置。
背景技术
导弹通用垂直发射转弯装置，是指导弹发射出筒后，在垂直状态下，通过预设指令控制，使导弹完成垂直转向，并抛离弹体的自动装置。当前美国、俄罗斯、中国等军队使用的导弹垂直发射转向技术，多采用燃气舵实现。燃气舵舵体及其携带燃料占据了导弹作战单元以外的部分空间，伴随导弹发射及奔袭全过程，造成导弹弹体体积、重量冗余，降低导弹机动性能，且造价成本较高。为了压缩导弹弹体体积，降低其奔袭时的重量，使导弹更加灵活，我们设计了导弹通用垂直发射转弯装置，对燃气舵转向技术进行改进。该装置不但可使导弹在垂直发射过程中完成转向，还可替代燃气舵，节省额外空间，使弹体更短，转向完成后，装置自抛降低奔袭过程中导弹重量，提高导弹打击和防御能力，降低生产成本。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种导弹通用垂直发射转弯装置，包括装置壳体，所述装置壳体的头部设置两个分离发动机，外侧固定四个可部分活动的锁钩；装置壳体内部有一对同轴水平放置直径不同的齿轮，每个齿轮接触一个刹车器，两齿轮中间连接一个电控组，电控组由电源和传感器组成；在所述传感器上集成有无线接收模块和传感器控制模块。在电脑终端上安装有操作模块和无线发射模块。该无线发射模块将接收的控制指令发送给无线接收模块，该无线接收模块接收控制指令后发送给电控组控制模块中的发电机控制模块，所述传感器控制模块依据控制指令，生成传感器的启闭控制信号，并将启闭控制信号发送至发电机，所述发电机接到启闭控制信号后进行启闭对齿轮进行刹车；
作为本发明的进一步方案，还包括锁钩机构，锁钩机构通过铰链活动固定在装置壳体的头尾两端，锁钩机构由锁座、锁钩、调整摇臂、三角摇臂、前螺套、后螺套、拉杆和低熔点合金条组成。锁钩固定于锁座一侧，前螺套一侧与调整摇臂铰接，另一侧与锁钩铰接；三角摇臂与调整摇臂的另一端相扣，并在其中一个角做成钩型勾住拉杆。拉杆的另一侧连接了后螺套和低熔点合金条，合金条旁置有分离发动机。当级间分离时，利用分离发动机点火产生的热将合金条熔断，熔断后三角摇臂与拉杆脱钩，实现组件的分离。
作为本发明的进一步方案，所述齿轮固定在装置壳体内部的台阶上，上、下齿轮各与一个轴周向固定。
作为本发明的进一步方案，所述两个轴另一端各与一个电磁离合刹车器配合。
作为本发明的进一步方案，所述两个刹车器分为上部和下部固定在装置内部。
作为本发明的进一步方案，所述电控组固定在上部刹车器之上，电控组由传感器和电源组成，传感器通过导线与上部和下部两个刹车器连接；在所述的电控组上集成有无线接收模块和发电机控制模块，在地面上安装有操作模块和无线发射模块，所述的操作模块用于将控制指令发送至无线发射模块，该无线发射模块将接收的控制指令发送给无线接收模块，该无线接收模块接收地面方位指令后发送给电控组控制模块，所述电控组控制模块中的传感器可自行感知导弹腹部朝向方位，依据方位指令适时生成电控组的启闭控制信号，并将启闭控制信号发送至电控组，所述的电控组接到启闭控制信号后对刹车器进行通电启闭；所述的电控组可拆卸的安装在所述的装置上。
作为本发明的进一步方案，所述装置壳体通过锁钩机构与导弹弹体相连固定。装置壳体内部存在3个台阶，由下往上分别承载小径齿轮转子和小转子所配合的刹车器、大径齿轮转子和大转子所配合的刹车器、电控组；所述大径齿轮转子和小径齿轮转子在地面有一对配套的同轴数值放置的驱动转子，驱动转子与弹发射筒内部大径齿轮转子和小径齿轮转子分别啮合。
作为本发明的进一步方案，大径齿轮转子和小径齿轮转子在导弹发射前固定在弹发射筒内部，以相同大小的角速度逆向转动，地面发射小径齿轮转子与大径齿轮转子啮合传动，地面发射大径齿轮转子与小径齿轮转子啮合传动。发射指令下达，连接上装置壳体的导弹整体被弹筒竖直向上抬升至大径齿轮转子和小径齿轮转子与地面发射小径齿轮转子和地面发射大径齿轮转子完全分离。此时装置壳体内部大径齿轮转子和小径齿轮转子逆向旋转，导弹整体相对地面静止；
作为本发明的进一步方案，导弹弹射至空中，此时导弹发动机仅喷少量气体维持弹体不下落，电脑将导弹所需打击的方位通过无线发射模块发送至装置内电控组的无线接收模块，由电控组内部传感器采集弹体腹面由当前状态与所需朝向方向的角度差。电控组通过电源与其中一个刹车器通电，刹住其对应的齿轮转子，此时弹体开始绕竖直中心轴旋转，在旋转至目标朝向后，电控组通过电源与另一个刹车器通电，刹住其对应的齿轮转子，导弹竖直方向上不旋转。当导弹所需的旋转方向为俯视逆时针时，先刹停大径齿轮转子；反之则先刹停小径齿轮转子。
作为本发明的进一步方案，装置壳体一共进行了两次制动，导弹整体在竖直方向上经历了静止-绕中心轴旋转-静止三个过程。
该在使用时具体包括以下步骤：
步骤一：在导弹发射前，由电机驱动地面发射的转子旋转，啮合带动装置内转子旋转。
步骤二：两对齿轮稳定达到400转每分钟后，弹筒抬升使两对啮合的转子脱离。
步骤三：导弹启动弹射装置，导弹整体弹向空中，此时导弹整体在竖直方向上未旋转。
步骤四：导弹竖直弹射上空过程中地面电脑无线发射模块发出指令，装置里电控组无线接收模块接到指令，需要先刹停的齿轮转子对应的刹车器在电控组电源供电的情况下两极片吸合，将轴抱死刹停。此时两转子只剩一个在绕轴旋转，由动量矩守恒定理，弹体在竖直方向上开始进行绕轴补偿旋转。
步骤五：在弹体旋转至目标朝向后，电脑无线发射模块发出指令，装置里电控组无线接收模块接到指令，另一个刹车器在电控组电源供电的情况下两极片吸合，将轴抱死刹停。此时由动量矩守恒定理，弹体在竖直方向上静止。竖直转向完成。
步骤六：装置使用完成后，导弹进行俯仰从竖直状态转为水平状态，此时导弹即将发射，装置头部发动机点火，锁钩机构低熔点合金条熔断，装置在头部发动机带动下抛离弹体。
本发明的优点及有益效果是：不但可使导弹在垂直发射过程中完成转向，还可替代燃气舵。节省额外空间，使弹体更短，转向完成后，装置自抛降低奔袭过程中导弹重量，提高导弹打击和防御能力，降低生产成本。通用的概念将垂直转向装置与导弹本身分离开，未来可批量化生产应用到各种导弹上。
附图说明
图1为本发明一种导弹通用垂直发射转弯装置整体结构示意图。
图2为本发明一种导弹通用垂直发射转弯装置壳体内部结构示意图。
图3为本发明一种导弹通用垂直发射转弯装置外部俯视结构示意图。
图4为本发明一种导弹通用垂直发射转弯装置内部剖视结构示意图。
图中标号说明如下：1、装置壳体，2、锁钩机构，3、地面发射小径齿轮转子，4、地面发射大径齿轮转子，5、电控组，6、大径齿轮转子，7、小径齿轮转子，8、大径转子刹车器，9、小径转子刹车器，10、自动信号发动机。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
如图1-2所示，一种导弹通用垂直发射转弯装置，包括装置壳体1，所述装置壳体的外侧固定两个可部分活动的锁钩机构2，所述装置壳体1内部有一对同轴水平放置直径不同的大径齿轮转子6和小径齿轮转子7，对应于大径转子刹车器8和小径转子刹车器9，装置壳体1内安装一个电控组，装置壳体的电源由电源和传感器组成，在所述发电机上集成有无线接收模块和传感器控制模块。在电脑终端上安装有操作模块和无线发射模块。该无线发射模块将接收的控制指令发送给无线接收模块，该无线接收模块接收控制指令后发送给发电机控制模块，所述传感器控制模块依据控制指令，生成传感器的启闭控制信号，并将启闭控制信号发送至电控组，所述的电控组接到启闭控制信号后进行启闭，通过大径转子刹车器8和小径转子刹车器9分别大径齿轮转子6和小径齿轮转子7进行刹车；
所述装置壳体1内部从底部开始存在的锥状凹槽为导弹导引头预留空间，由图4可得出锁钩机构2通过锁座固定在装置壳体1外部下端，装置壳体1安装在导弹上时，有锁钩锁住导弹前翼，使装置较牢靠地固定在导弹上。装置壳体1内部存在3个台阶，由下往上分别承载小径齿轮转子7和小转子所配合的小径转子刹车器9、大径齿轮转子6和大转子所配合的大径转子刹车器8、电控组5，电控组5内部为电源和传感器。
所述地面发射小径齿轮转子3和地面发射大径齿轮转子4为地面受稳定旋转轴驱动的同轴齿轮转子，在导弹发射前固定在弹发射筒内部，以相同大小的角速度逆向转动，地面发射小径齿轮转子3与齿轮转子6啮合传动，齿轮转子4与齿轮转子7啮合传动。发射指令下达，连接上装置壳体1的导弹整体被弹筒竖直向上抬升至大径齿轮转子6和小径齿轮转子7与地面发射小径齿轮转子3和地面发射大径齿轮转子4完全分离。此时装置壳体内部两齿轮逆向旋转，导弹整体相对地面静止；导弹弹射至空中，此时导弹发动机仅喷少量气体维持弹体不下落，电脑将导弹所需打击的方位通过无线发射模块发送至装置内电控组5的无线接收模块，由电控组5内部传感器采集弹体腹面由当前状态与所需朝向方向的角度差；电控组5通过电源与大径转子刹车器8通电，刹住大径齿轮转子6，此时弹体开始绕竖直中心轴旋转，在旋转至目标朝向后，电控组5通过电源与小径转子刹车器9通电，刹住小径齿轮转子7，导弹竖直方向上静止；导弹弹体测喷发动机点火使弹体由竖直状态倾斜一定幅度；装置壳体1上的所述自动信号发动机10接受指令点火熔断低熔点合金条，锁钩机构2打开，装置壳体1在自动信号发动机10推力作用下呈抛物线抛离导弹；导弹主体主发动机点火，导弹开始奔袭。
装置壳体1一共进行了两次制动，导弹整体在竖直方向上经历了静止-绕中心轴旋转-静止三个过程。上述过程理论依据为动量矩矢量守恒，具体为：
大径齿轮转子6：转动惯量J6，角速度w6；
小径齿轮转子7：转动惯量J7，角速度w7；
导弹整体：转动惯量J1；
初始状态，w6与w7方向相反。使其满足：
J6w6+J7w7＝0
当刹齿轮转子7时，认齿轮转子与装置壳体刚性连接，即完全非弹性碰撞。
J7w7＝(J7+J1)w1
经过时间t后，导弹整体转动角度θ＝w1t；刹停大径齿轮转子6，J6w6+(J7+J1)w1＝(J6+J7+J1)w'；由动量守恒易知，w'＝0.导弹整体停止转动。
Claims (8)
1.一种通用垂直发射转弯装置，其特征在于：包括装置壳体，所述装置壳体的头部设置两个分离发动机，装置壳体内部有一对同轴水平放置直径不同的弹内大径齿轮转子和弹内小径齿轮转子，每个齿轮转子接触一个刹车器，两齿轮转子上面连接一个电控组；电控组由电源和传感器组成；在所述传感器上集成有无线接收模块和传感器控制模块；在电脑终端上安装有操作模块和无线发射模块；该无线发射模块将接收的控制指令发送给无线接收模块，该无线接收模块接收控制指令后发送给电控组控制模块中的发电机控制模块，所述传感器控制模块依据控制指令，生成传感器的启闭控制信号，并将启闭控制信号发送至发电机，所述发电机接到启闭控制信号后进行启闭对齿轮转子 进行刹车；
其中，弹内大径齿轮转子和弹内小径齿轮转子在导弹发射前固定在弹发射筒内部，以相同大小的角速度逆向转动，地面发射小径齿轮转子与弹内大径齿轮转子啮合传动，地面发射大径齿轮转子与弹内小径齿轮转子啮合传动；发射指令下达，连接上装置壳体的导弹整体被弹筒竖直向上抬升至弹内大径齿轮转子和弹内小径齿轮转子与地面发射小径齿轮转子和地面发射大径齿轮转子完全分离；此时装置壳体内部弹内大径齿轮转子和弹内小径齿轮转子逆向旋转，导弹整体相对地面静止；
其中，导弹弹射至空中，此时导弹发动机仅喷少量气体维持弹体不下落，电脑将导弹所需打击的方位通过无线发射模块发送至无线接收模块，传感器采集弹体腹面由当前状态与所需朝向方向的角度差；电控组通过电源与其中一个刹车器通电，刹住其对应的齿轮转子，此时弹体开始绕竖直中心轴旋转，在旋转至目标朝向后，电控组通过电源与另一个刹车器通电，刹住其对应的齿轮转子，导弹竖直方向上不旋转；当导弹所需的旋转方向为俯视逆时针时，先刹停弹内大径齿轮转子；反之则先刹停弹内小径齿轮转子。
2.根据权利要求1所述的一种通用垂直发射转弯装置，其特征在于：还包括锁钩机构，锁钩机构通过铰链固定在装置壳体的头尾两端，锁钩机构由锁座、锁钩、调整摇臂、三角摇臂、前螺套、后螺套、拉杆和低熔点合金条组成；锁钩固定于锁座一侧，前螺套一侧与调整摇臂铰接，另一侧与锁钩铰接；三角摇臂与调整摇臂的另一端相扣，并在其中一个角做成钩型勾住拉杆；拉杆的另一侧连接了后螺套和低熔点合金条，合金条旁置有分离发动机；当级间分离时，利用分离发动机点火产生的热将合金条熔断，熔断后三角摇臂与拉杆脱钩，实现组件的分离。
3.根据权利要求1所述的一种通用垂直发射转弯装置，其特征在于：所述齿轮转子固定在装置壳体内部的台阶上，上、下齿轮转子各与一个轴周向固定。
4.根据权利要求3所述的一种通用垂直发射转弯装置，其特征在于：所述两个轴的另一端各与一个刹车器配合；刹车器为电磁离合刹车器。
5.根据权利要求1所述的一种通用垂直发射转弯装置，其特征在于：所述两个刹车器分为上部和下部固定在装置壳体内部。
6.根据权利要求5所述的一种通用垂直发射转弯装置，其特征在于：所述电控组固定在上部刹车器上，传感器通过导线与上部和下部的两个刹车器连接，电控组为可拆卸装置。
7.根据权利要求1所述的一种通用垂直发射转弯装置，其特征在于：所述装置壳体通过锁钩机构与导弹弹体相连固定；装置壳体内部存在3个台阶，由下往上分别承载弹内小径齿轮转子和弹内小径齿轮转子所配合的刹车器、弹内大径齿轮转子和弹内大径齿轮转子所配合的刹车器及电控组。
8.一种根据权利要求1所述的通用垂直发射转弯装置的实施方法，其特征在于：装置壳体一共进行了两次制动，导弹整体在竖直方向上经历了静止-绕中心轴旋转-静止三个过程；具体包括以下步骤：
步骤一：在导弹发射前，由电机驱动地面发射小径齿轮转子与弹内大径齿轮转子啮合传动，地面发射大径齿轮转子与弹内小径齿轮转子啮合传动；
步骤二：两对齿轮转子 稳定达到400转每分钟后，弹筒竖直向上抬升至弹内大径齿轮转子和弹内小径齿轮转子与地面发射小径齿轮转子和地面发射大径齿轮转子完全分离；
步骤三：导弹启动弹射装置，导弹整体弹向空中，此时导弹整体在竖直方向上未旋转；
步骤四：导弹竖直弹射上空过程中地面电脑无线发射模块发出指令，电控组无线接收模块接到指令，需要先刹停的弹内大径齿轮转子和弹内小径齿轮转子对应的刹车器在电控组电源供电的情况下两极片吸合，将轴抱死刹停；此时弹内大径齿轮转子和弹内小径齿轮转子只剩一个在绕轴旋转，由动量矩守恒定理，弹体在竖直方向上开始进行绕轴补偿旋转；
步骤五：在弹体旋转至目标朝向后，电脑无线发射模块发出指令，电控组无线接收模块接到指令，另一个刹车器在电控组电源供电的情况下两极片吸合，将轴抱死刹停；由动量矩守恒定理，弹体在竖直方向上静止；竖直转向完成；
步骤六：使用完成后，导弹进行俯仰从竖直状态转为水平状态，此时导弹即将发射，头部发动机点火，锁钩机构低熔点合金条熔断，弹射装置在头部发动机带动下抛离弹体。
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