CN114408183A - 用于有鸭翼无人机的推送夹持机构以及推送夹持方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构以及推送夹持方法，推送夹持机构包括直线电机、连接支架和夹持机构；在运输机舱的机尾顶部设置安装基准面；所述安装基准面的中心悬挂安装由所述直线电机、所述连接支架和所述夹持机构形成的推送夹持机构；所述夹持机构包括上夹持单元、下夹持单元和夹块驱动部。本发明提供的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构以及推送夹持方法，可以实现风洞试验中无人机投放时的速度及姿态有效控制，确保投放试验具有可重复性，保障风洞试验结果的准确可靠。

Description

用于有鸭翼无人机的推送夹持机构以及推送夹持方法
技术领域
本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构以及推送夹持方法。
背景技术
风洞试验是在风洞中安置飞行器，研究气体流动及其与飞行器的相互作用，以了解实际飞行器空气动力学特性的一种空气动力实验方法。在风洞试验中，当进行投放类试验，尤其是无人机投放时，需要模拟无人机飞行在高空大气环境下的投放规律，满足风洞试验的相似准则。
现有技术中，风洞试验中进行无人机投放试验时，具有以下问题：无人机投放时的速度及姿态不易控制，导致投放试验可重复性差，降低了风洞试验结果的准确可靠性。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构以及推送夹持方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，包括：直线电机(1)、连接支架(2)和夹持机构(3)；
在运输机舱(4)的机尾顶部设置安装基准面(5)；所述安装基准面(5)的中心悬挂安装由所述直线电机(1)、所述连接支架(2)和所述夹持机构(3)形成的推送夹持机构；
其中，所述直线电机(1)包括直线电机定子(1-1)、直线电机动子(1-2)和直线电机履带(1-3)；所述直线电机定子(1-1)沿所述安装基准面(5)的中心轴线固定安装；所述直线电机定子(1-1)的左右两侧各具有直线导轨(1-4)；所述直线电机动子(1-2)可滑动安装于所述直线电机定子(1-1)的下方，所述直线电机动子(1-2)通过所述直线电机履带(1-3)的驱动，沿所述直线导轨(1-4)进行直线运动；
所述连接支架(2)包括连接杆(2-1)以及与所述连接杆(2-1)固定的连接框体(2-2)；所述连接杆(2-1)与所述直线电机动子(1-2)的底面横向中心线位置固定连接；所述连接框体(2-2)位于所述连接杆(2-1)的正下方；
所述连接框体(2-2)的框内，固定安装所述夹持机构(3)；所述夹持机构(3)包括上夹持单元(3-1)、下夹持单元(3-2)和夹块驱动部；所述上夹持单元(3-1)和所述下夹持单元(3-2)上下相对对称设置，所述上夹持单元(3-1)包括上固定端(A1)、上夹块(A2)和上导向柱(A3)，所述上固定端(A1)与所述连接框体(2-2)的顶部固定，所述上固定端(A1)的底部固定所述上导向柱(A3)，所述上导向柱(A3)嵌套于所述上夹块(A2)内部，所述上夹块(A2)可相对于所述上导向柱(A3)滑动；
所述下夹持单元(3-2)包括下固定端(B1)、下夹块(B2)和下导向柱(B3)，所述下固定端(B1)与所述连接框体(2-2)的底部两侧固定，所述下固定端(B1)的顶部固定所述下导向柱(B3)，所述下导向柱(B3)嵌套于所述下夹块(B2)内部，所述下夹块(B2)可相对于所述下导向柱(B3)滑动；
所述上夹块(A2)的底面中心位置设置上夹持接触面(A4)，所述下夹块(B2)的顶面中心位置设置下夹持接触面(B4)，所述上夹持接触面(A4)和所述下夹持接触面(B4)形成的夹持接触腔体面，与鸭翼无人机质心位置的外形相同；
夹持接触腔体面面积为S1；鸭翼无人机机身处于夹持区域的机身外表面面积为S2，则S1：S2＝0.3～0.8；
所述夹块驱动部用于驱动所述上夹块(A2)和所述下夹块(B2)进行相向或相反运动，进而实现夹紧或释放动作。
优选的，所述夹块驱动部采用基于高压气源的电磁阀驱动。
优选的，高压气源由空气压缩机经过稳压阀驱动电磁阀执行开关动作，电磁阀开关频率大于10Hz，电磁阀受到气源的压力在0.2MPa～0.5MPa。
优选的，所述连接支架(2)为工型梁。
优选的，所述连接支架(2)和所述夹持机构(3)形成的整体，为左右对称结构。
本发明还提供一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构的推送夹持方法，包括以下步骤：
步骤1，运输机舱(4)将鸭翼无人机运输到目标位置；在运输过程中，鸭翼无人机通过夹持机构(3)稳定夹持，其中，鸭翼无人机保持水平状态，鸭翼无人机的机头朝前，机尾朝后，质心位置被夹持机构(3)夹持；直线电机动子(1-2)位于直线电机定子(1-1)的前端，从而使连接支架(2)、夹持机构(3)和鸭翼无人机形成的整体位于直线电机行程的前端；
步骤2，当到达目标位置时，运输机舱(4)飞行状态不变，继续向前飞行，同时，驱动直线电机动子(1-2)沿直线电机定子(1-1)反向向直线电机行程的后端以设定速度进行匀速直线运动，从而带动连接支架(2)、夹持机构(3)和鸭翼无人机形成的整体进行匀速直线运动；
当直线电机动子(1-2)运动到直线电机行程的后端时，启动夹块驱动部，使上夹块(A2)和下夹块(B2)反向运动而快速释放鸭翼无人机，由此实现鸭翼无人机采用向运输机舱(4)尾部方向投送的方式，从运输机舱(4)内部向外进行推送和投送。
本发明提供的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构以及推送夹持方法具有以下优点：
本发明提供的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构以及推送夹持方法，可以实现风洞试验中无人机投放时的速度及姿态有效控制，确保投放试验具有可重复性，保障风洞试验结果的准确可靠。
附图说明
图1为本发明提供的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构在夹紧状态时的一种角度下的立体图；
图2为本发明提供的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构在夹紧状态时的另一种角度下的立体图；
图3为本发明提供的直线电机、连接支架和夹持机构的组装状态图；
图4为本发明提供的直线电机的立体图；
图5为本发明提供的连接支架的立体图；
图6为本发明提供的夹持机构的立体图；
图7为本发明提供的连接支架和夹持机构在释放状态时的立体图；
图8为本发明提供的夹持机构在夹紧有鸭翼无人机时的俯视图；
图9为本发明提供的夹持机构在夹紧有鸭翼无人机时的立体图；
图10为本发明提供的有鸭翼无人机的立体图；
图11为本发明提供的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构在释放状态时的立体图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为保证风洞试验中无人机投放时的速度及姿态有效控制，保证风洞试验时有鸭翼无人机投放姿态可控性和准确性，从而确保投放试验具有可重复性，保障风洞试验结果的准确可靠，本发明提供一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，参考图1、图2和图3，包括：直线电机1、连接支架2和夹持机构3；
在运输机舱4的机尾顶部设置安装基准面5；安装基准面5的中心悬挂安装由直线电机1、连接支架2和夹持机构3形成的推送夹持机构；
参考图4，直线电机1包括直线电机定子1-1、直线电机动子1-2和直线电机履带1-3；直线电机定子1-1沿安装基准面5的中心轴线固定安装；直线电机定子1-1的左右两侧各具有直线导轨1-4；直线电机动子1-2可滑动安装于直线电机定子1-1的下方，直线电机动子1-2通过直线电机履带1-3的驱动，沿直线导轨1-4进行直线运动；
连接支架2采用为工型梁，参考图5，包括连接杆2-1以及与连接杆2-1固定的连接框体2-2；连接杆2-1与直线电机动子1-2的底面横向中心线位置固定连接；连接框体2-2位于连接杆2-1的正下方；连接框体2-2的框内，固定安装夹持机构3；
参考图6和图7，夹持机构3包括上夹持单元3-1、下夹持单元3-2和夹块驱动部；上夹持单元3-1和下夹持单元3-2上下相对对称设置，上夹持单元3-1包括上固定端A1、上夹块A2和上导向柱A3，上固定端A1与连接框体2-2的顶部固定，上固定端A1的底部固定上导向柱A3，上导向柱A3嵌套于上夹块A2内部，上夹块A2可相对于上导向柱A3滑动；
下夹持单元3-2包括下固定端B1、下夹块B2和下导向柱B3，下固定端B1与连接框体2-2的底部两侧固定，下固定端B1的顶部固定下导向柱B3，下导向柱B3嵌套于下夹块B2内部，下夹块B2可相对于下导向柱B3滑动；
上夹块A2的底面中心位置设置上夹持接触面A4，下夹块B2的顶面中心位置设置下夹持接触面B4，上夹持接触面A4和下夹持接触面B4形成的夹持接触腔体面，与鸭翼无人机质心位置的外形相同；
夹持接触腔体面面积为S1；鸭翼无人机机身处于夹持区域的机身外表面面积为S2，则S1：S2＝0.3～0.8；参考图8，区域C即为夹持区域。采用此种夹持方式，能够更为稳定可靠的实现对鸭翼无人机的夹紧，且不会破坏鸭翼无人机的机翼形态。
夹块驱动部用于驱动上夹块A2和下夹块B2进行相向或相反运动，进而实现夹紧或释放动作。图11是本发明中有鸭翼无人机推送完成后的示意图。
本发明中,夹块驱动部采用基于高压气源的电磁阀驱动。具体的,高压气源由空气压缩机经过稳压阀驱动电磁阀执行开关动作，电磁阀开关频率大于10Hz，高压气源由空气压缩机经过稳压阀提供，电磁阀受到气源的压力在0.2MPa～0.5MPa。
有鸭翼无人机的外形示意图如附图10所示，夹持机构对有鸭翼无人机的夹持部位位于有鸭翼无人机的质心附近区域，尽量在质心位置上，采取上下两个方向的夹块对有鸭翼无人机进行对称加紧。图9为有鸭翼无人机在夹紧状态时的立体图。本发明中,连接支架2和夹持机构3形成的整体，为左右对称结构，保证推送有鸭翼无人机时的平稳性。
因此，本发明提供一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，采用直线电机作为动力单元，实现有鸭翼无人机的直线推送，在直线电机和有鸭翼无人机之间设计一种专用夹持机构，而夹持机构和直线电机间则通过连接支架2进行连接。夹持机构连接电磁阀，通过基于高压气源的电磁阀实现对有鸭翼无人机的迅速加紧和快速松开，高压气源由空气压缩机经过稳压阀提供，一旦直线电机带动有鸭翼无人机达到稳定的给定速度要求和投放点，气动电磁阀迅速松开，实现有鸭翼无人机的高精度投放。
本发明提供的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，有鸭翼无人机的鸭翼翼展长度与夹持装置夹持机身最大直径之比小于3.3，无人机的鸭翼翼展长度与无人机机身长度比小于0.55。
本发明还提供一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构的推送夹持方法，包括以下步骤：
步骤1，运输机舱4将鸭翼无人机运输到目标位置；在运输过程中，鸭翼无人机通过夹持机构3稳定夹持，其中，鸭翼无人机保持水平状态，鸭翼无人机的机头朝前，机尾朝后，质心位置被夹持机构3夹持；直线电机动子1-2位于直线电机定子1-1的前端，从而使连接支架2、夹持机构3和鸭翼无人机形成的整体位于直线电机行程的前端；
步骤2，当到达目标位置时，运输机舱4飞行状态不变，继续向前飞行，同时，驱动直线电机动子1-2沿直线电机定子1-1反向向直线电机行程的后端以设定速度进行匀速直线运动，从而带动连接支架2、夹持机构3和鸭翼无人机形成的整体进行匀速直线运动；
当直线电机动子1-2运动到直线电机行程的后端时，启动夹块驱动部，使上夹块A2和下夹块B2反向运动而快速释放鸭翼无人机，由此实现鸭翼无人机采用向运输机舱4尾部方向投送的方式，从运输机舱4内部向外进行推送和投送。
本发明提供一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，具有以下创新：
(1)有鸭翼无人机推送夹持机构的具体结构形式，包括：直线电机1、连接支架2和夹持机构3的结构形式，以及配套的电磁阀动作系统；
(2)夹持机构3的具体夹持方式，即上下对称夹持有鸭翼无人机，且夹持位置要求尽可能位于有鸭翼无人机质心位置区域，夹持机构的夹持接触腔体面面积，与鸭翼无人机机身处于夹持区域的机身外表面面积之比在区间[0.3,0.8]范围；
(3)夹持机构采用基于高压气源的电磁阀动作系统实现驱动，电磁阀开关频率大于10Hz，高压气源稳压后维持到0.2MPa～0.5Mpa；
(4)有鸭翼无人机尺寸信息如下：有鸭翼无人机的鸭翼翼展长度与夹持装置夹持机身最大直径之比小于3.3，无人机的鸭翼翼展长度与无人机机身长度比小于0.55范围之内。
本发明提供的一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，用于风洞中模拟运输机飞行过程中实施有鸭翼无人机投放的场景，有鸭翼无人机采用后退方式(即向运输机尾部方向投送)从运输机机舱向外进行推送。
实施效果:
针对两型有鸭翼无人机在风洞进行无风情形下的七次投放重复性，其试验测量结果如表1所示。
表1无人机推送测量结果
测试项目 有鸭翼无人机模型1 有鸭翼无人机模型2
速度精度 <0.5％ <0.5％
位置重复精度 <0.5％ <1.0％
从表1可以看出：本发明设计的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构,能够满足在风洞中的无人机投放实验要求，无人机投放时速度精度和位置精度高，无人机释放时姿态平稳，投放试验具有良好的重复性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，其特征在于，包括：直线电机(1)、连接支架(2)和夹持机构(3)；
在运输机舱(4)的机尾顶部设置安装基准面(5)；所述安装基准面(5)的中心悬挂安装由所述直线电机(1)、所述连接支架(2)和所述夹持机构(3)形成的推送夹持机构；
其中，所述直线电机(1)包括直线电机定子(1-1)、直线电机动子(1-2)和直线电机履带(1-3)；所述直线电机定子(1-1)沿所述安装基准面(5)的中心轴线固定安装；所述直线电机定子(1-1)的左右两侧各具有直线导轨(1-4)；所述直线电机动子(1-2)可滑动安装于所述直线电机定子(1-1)的下方，所述直线电机动子(1-2)通过所述直线电机履带(1-3)的驱动，沿所述直线导轨(1-4)进行直线运动；
所述连接支架(2)包括连接杆(2-1)以及与所述连接杆(2-1)固定的连接框体(2-2)；所述连接杆(2-1)与所述直线电机动子(1-2)的底面横向中心线位置固定连接；所述连接框体(2-2)位于所述连接杆(2-1)的正下方；
所述连接框体(2-2)的框内，固定安装所述夹持机构(3)；所述夹持机构(3)包括上夹持单元(3-1)、下夹持单元(3-2)和夹块驱动部；所述上夹持单元(3-1)和所述下夹持单元(3-2)上下相对对称设置，所述上夹持单元(3-1)包括上固定端(A1)、上夹块(A2)和上导向柱(A3)，所述上固定端(A1)与所述连接框体(2-2)的顶部固定，所述上固定端(A1)的底部固定所述上导向柱(A3)，所述上导向柱(A3)嵌套于所述上夹块(A2)内部，所述上夹块(A2)可相对于所述上导向柱(A3)滑动；
所述下夹持单元(3-2)包括下固定端(B1)、下夹块(B2)和下导向柱(B3)，所述下固定端(B1)与所述连接框体(2-2)的底部两侧固定，所述下固定端(B1)的顶部固定所述下导向柱(B3)，所述下导向柱(B3)嵌套于所述下夹块(B2)内部，所述下夹块(B2)可相对于所述下导向柱(B3)滑动；
所述上夹块(A2)的底面中心位置设置上夹持接触面(A4)，所述下夹块(B2)的顶面中心位置设置下夹持接触面(B4)，所述上夹持接触面(A4)和所述下夹持接触面(B4)形成的夹持接触腔体面，与鸭翼无人机质心位置的外形相同；
夹持接触腔体面面积为S1；鸭翼无人机机身处于夹持区域的机身外表面面积为S2，则S1：S2＝0.3～0.8；
所述夹块驱动部用于驱动所述上夹块(A2)和所述下夹块(B2)进行相向或相反运动，进而实现夹紧或释放动作。
2.根据权利要求1所述的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，其特征在于，所述夹块驱动部采用基于高压气源的电磁阀驱动。
3.根据权利要求2所述的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，其特征在于，高压气源由空气压缩机经过稳压阀驱动电磁阀执行开关动作，电磁阀开关频率大于10Hz，电磁阀受到气源的压力在0.2MPa～0.5MPa。
4.根据权利要求1所述的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，其特征在于，所述连接支架(2)为工型梁。
5.根据权利要求1所述的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构，其特征在于，所述连接支架(2)和所述夹持机构(3)形成的整体，为左右对称结构。
6.一种权利要求1-5任一项所述的用于有鸭翼无人机的推送夹持机构的推送夹持方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，运输机舱(4)将鸭翼无人机运输到目标位置；在运输过程中，鸭翼无人机通过夹持机构(3)稳定夹持，其中，鸭翼无人机保持水平状态，鸭翼无人机的机头朝前，机尾朝后，质心位置被夹持机构(3)夹持；直线电机动子(1-2)位于直线电机定子(1-1)的前端，从而使连接支架(2)、夹持机构(3)和鸭翼无人机形成的整体位于直线电机行程的前端；
步骤2，当到达目标位置时，运输机舱(4)飞行状态不变，继续向前飞行，同时，驱动直线电机动子(1-2)沿直线电机定子(1-1)反向向直线电机行程的后端以设定速度进行匀速直线运动，从而带动连接支架(2)、夹持机构(3)和鸭翼无人机形成的整体进行匀速直线运动；
当直线电机动子(1-2)运动到直线电机行程的后端时，启动夹块驱动部，使上夹块(A2)和下夹块(B2)反向运动而快速释放鸭翼无人机，由此实现鸭翼无人机采用向运输机舱(4)尾部方向投送的方式，从运输机舱(4)内部向外进行推送和投送。
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