CN209382274U - 一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，包括多种、多架单体无人飞行器，所述多架单体无人飞行器之间采用一种或多种结合方式进行组合，所述结合方式包括光学引导对接、程序数字比对对接、卡槽对接和强电磁吸附对接。本实用新型组合类型多样，具备数量大、平台多、廉价、可重复使用等特点，作战效费比高，可执行如侦察、监视、跟踪、电子战、攻击等等一系列任务。

Description

一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器

技术领域

本实用新型涉及集群飞行器技术领域，具体是一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器。

背景技术

伴随航空技术的发展，多数国家已建立大纵深、多层次、火力集中的强大攻防体系，未来战争要突破敌军强大的防空系统/防空火力是对己方作战装备的巨大挑战。多功能战机虽然造价高，维修及飞行员培训费用昂贵，但在强大火力条件下生存力较差。甚至可以说，任何单一作战平台都难以适应未来广域、复杂、多变的对抗环境，都可能被一次直接命中或摧毁。

集群组合式无人系统是以无人作战系统为主体，凭借数量优势，以一定方式组织起来产生更强大能力进行协同战斗的新式装备，它可承受多次命中，能够提高对敌优势装备进攻战斗的胜率。

目前，多数国家及研究机构仍将精力和资本聚集在多功能战机的研发方面，对于集群组合式无人系统的研究才刚刚起步，而关于组合式仿蜂巢状飞行器的研究，鲜有披露。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，能够适应未来广域、复杂、多变的战场环境，同时能突破敌军强大的防空系统/防空火力。

本实用新型采用的技术方案是：一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，包括多种、多架单体无人飞行器，所述多架单体无人飞行器之间采用一种或多种结合方式进行组合，所述结合方式包括光学引导对接、程序数字比对对接、卡槽对接和强电磁吸附对接。为增加航程并节省燃油，在飞行初期，多架单体无人飞行器模块化组合在一起，以一整体的形式飞向任务地区，满足飞机的高空长航时巡航要求。

所述单体无人飞行器采用折叠式机翼或伸缩式机翼，其设计综合考虑了可操纵性和低可探测性。所述折叠式机翼可以向机身上方进行多角度折叠，角度β为0°~120°，所述伸缩式机翼伸出时具有5°~30°的下反角α，多架飞行器组合时机翼可沿水平方向收缩进机体中。通过这两种模式的机翼，飞行器在飞行中能够动态调整飞机的翼展、上反角或下反角，从而改变飞机的气动特性，提高飞机俯仰稳定性和飞机操纵性；伸缩或折叠机翼，提高了飞机的便携性，方便地面维护，减少存放空间。

所述单体无人飞行器具有上置进气道或下置进气道。即发动机进气口、排气口位于机身上方或机身下方。弯曲进气道和排气口采用隐身设计，减少了热辐射量。因为进气道如果没有足够的弯曲，发动机正面在雷达照射下将一览无余；S形弯曲进气道隐身性非常优越，它可加剧进气道的弯曲程度，使发动机正面不至于直接暴露在入射的雷达照射之下，再加上进气道壁面上涂覆雷达吸波材料，入射的雷达波只有在多次反射之后，才能达到发动机正面，在发射的回程上再经过多次反射，才能回到大气中。这样每次在壁面上发射一次都吸收掉一点，最后的有效回波将被大大削弱，达到隐身的目的。另外，进气道和尾喷口可通过采用低反射材料（如非金属的复合材料）或者雷达吸波材料，都能有效降低雷达反射强度。

上置进气道布局，有利于遮挡地面雷达站的雷达波；下置进气道布局，因飞行器机头略微下垂，可有效利用机身对进气道进行遮挡，降低飞机正前方以及上方的RCS（雷达的反射截面积），减少被敌方战斗机、高空侦察机以及预警机发现的概率。在突防前后，该组合式飞行器可灵活关闭部分单体无人飞行器提高整体的生存率。

所述单体无人飞行器体积小，曲面外形扁薄、平滑而流畅（具有超扁平外形），全翼身融合，采用无尾飞翼式布局，传统意义上的机身、机翼和尾翼变得模糊。单体无人飞行器的前起落架和主起落架飞行时均收入机腹中。

所述单体无人飞行器的控制板接合部和起落架舱门处在几条平行线上，大大降低了雷达反射面。

本实用新型中，提到的4种结合方式的解释如下：

光学引导对接：该技术在空间交会对接领域大量使用，技术成熟，可用于设备充电、信息传输、流体管线连接等等，目前已大量运用到军事作战领域和民用领域之中，可大幅提高对接装置的接精度与成功率。光学精确引导对接装置包括对接口部分和光学导引部分，对接口部分发射脉冲光导引信号、提供视位指示灯；光学导引部分内含高灵敏度探测器装置，包括光电探测和光学成像。探测装置能够根据接收到的准直激光导引信号，实时测量设备与对接口的姿态。光学成像装置能够将设备与对接口的位置和姿态成像，从而调整航行轨迹，实现设备准确对接。单体飞行器左右机翼的翼边界或折叠翼的折叠处，可以一端配置对接口部分，一端配置光学导引部分，以实现单体飞行器之间的集群组合。

程序数字比对对接：在每个单体飞行器左右两端均配置传感器，内置数据对比软件和小型数据库，数据库中保存有每个单体飞行器特有的一组数字/序列。该传感器能对周围环境中的数据进行搜集、筛选、捕捉、管理和处理，通过对比本体数字/序列与其他组数字/序列的相似度，找到具有最相似模式的数字/序列，实现数据间的对接，指导各单体飞行器进行相应机动，进而实现单体飞行器物理机构之间的对接即集群组合。

卡槽对接：类似电脑主板与内存条之间或旅行包卡扣间的对接，原理和结构简单、对接方便、脱槽方便。每个单体飞行器左右两端均装配有可伸缩式卡槽，单体飞行器利用机身上安装的摄像敏感器和接近敏感器组成的测量系统可精确测量两个飞行器的距离、相对速度和姿态，同时调整发动机状态，使之沿对接走廊向目标逼近，直至临近目标并完整对齐后，彼此以一较小的相对速度与对方相撞，最后单体飞行器两端的卡槽使多个飞行器在结构上实现硬连接，完成集群组合。

强电磁吸附对接：主要包括电磁吸附装置及电磁吸附控制单元。电磁吸附装置即为内嵌于单体飞行器两端的电磁铁，用于单体飞行器之间的物理对接，电磁吸附控制单元连接所述电磁吸附装置并用于控制所述电磁吸附装置通电或断电。当两飞行器临近并处于对齐状态下，通过电磁吸附控制单元的通电或断电可实现组合式飞行器之间的组合或拆解，灵敏度高，安全性强。

本实用新型的有益效果是：

1、能够实现飞行器组合方式多样，具备数量大、平台多、廉价、可重复使用等特点，作战效费比高，可执行如侦察、监视、跟踪、电子战、攻击等一系列任务，战场生存力强、不仅可用于单一目标攻击，还能在大规模袭击中发挥显著优势。

2、该组合式飞行器中单体飞行器种类多样（共有8种），可由3~8架或者更多架单体飞行器组成，组合方式灵活多样，可将原本造价高昂、完备的多任务作战平台所具备的多项功能如侦察监视、电子干扰、打击与评估等能力“化整为零”，分散到大量低成本、功能简单的单体飞行器中。采用的单体飞行器体积小、集群自主、组合灵巧、成本可控、种类多样，可低成本、高效率的完成各项不同任务。

3、该单体无人飞行器具备低可探测性，当多架无人机组合在一起时，从不同方位观测到的单体数量也不同，可在一定程度上加大敌方的侦测难度。

4、战场上，当部分单体无人飞行器受到损坏后对整体集群组合式无人飞行器的作战效能不构成太大影响，战场生存力强、作战效费比/效能高。

5、每个单体无人飞行器通过携带不同的设备、武器，在接近大型多功能目标（如航母、舰艇、机场、防空基地）时，集群组合式无人飞行器会适时自行分解成较多异构、异型或六边形或其他形状的单体无人飞行器或较小集群，共同完成对目标的高精度确定；在战场通过相互协同可突破大纵深、多层次、火力集中的强大攻防体系，对重点目标进行网络化集群式攻击。

附图说明

图1为本实用新型具有一个上置进气口的伸缩翼单体飞行器的主视图（伸缩翼收起）；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的左视图；

图4为本实用新型具有两个上置进气口的伸缩翼单体飞行器的主视图（伸缩翼收起）；

图5为图4的俯视图；

图6为本实用新型具有一个下置进气口的伸缩翼单体飞行器的主视图（伸缩翼收起）；

图7为本实用新型具有两个下置进气口的伸缩翼单体飞行器的主视图（伸缩翼收起）；

图8为本实用新型具有一个上置进气口的伸缩翼单体飞行器的主视图（伸缩翼展开）；

图9为图8的俯视图；

图10为本实用新型具有一个上置进气口的折叠翼单体飞行器的主视图（折叠翼展开）；

图11为图10的俯视图；

图12为本实用新型具有一个上置进气口的折叠翼单体飞行器的主视图（折叠翼收起）；

图13为图12的俯视图；

图14为实施例1的主视图；

图15为图14的俯视图；

图16为图14的侧视图；

图17为实施例2的主视图；

图18为图17的俯视图；

图19为图17的侧视图；

图20为实施例3的主视图；

图21为图20的俯视图；

图22为图20的侧视图；

图23为集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器的分解组合示意图；

图中，1、进气口，2、排气口，3、折叠式机翼，4、伸缩式机翼，5、前起落架，6、主起落架。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例和附图对本实用新型作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

实施例1

如图1至图16所示，一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，包括三架呈正六边形的单体无人飞行器，三架六边形单体无人飞行器之间采用一种或多种结合方式进行组合，结合方式包括光学引导对接、程序数字比对对接、卡槽对接和强电磁吸附对接。三架单体无人飞行器模块化组合在一起，以一整体的形式飞向任务地区，可大大增加组合式飞行器的航程并节省燃油，满足飞机的高空长航时巡航要求。

单体无人飞行器采用折叠式机翼3或伸缩式机翼4，其设计综合考虑了可操纵性和低可探测性。折叠式机翼可以向机身上方进行多角度折叠，角度β为0°~120°，伸缩式机翼伸出时具有5°~30°的下反角α，3架飞行器组合时机翼可沿水平方向收缩进机体中。通过这两种模式的机翼，飞行器在飞行中能够动态调整飞机的翼展、上反角或下反角，从而改变飞机的气动特性，提高飞机俯仰稳定性和飞机操纵性；伸缩或折叠机翼，提高了飞机的便携性，方便地面维护，减少存放空间。

单体无人飞行器具有上置进气道（即进气口1和排气口2位于机身上方）或下置进气道（即进气口1和排气口2位于机身下方）。上置进气道布局，有利于遮挡地面雷达站的雷达波；下置进气道布局，因飞行器机头略微下垂，可有效利用机身对进气道进行遮挡，降低飞机正前方以及上方的RCS（雷达的反射截面积），减少被敌方战斗机、高空侦察机以及预警机发现的概率。在突防前后，该组合式飞行器可灵活关闭部分单体无人飞行器提高整体的生存率。

单体无人飞行器体积小，曲面外形扁薄、平滑而流畅（具有超扁平外形），全翼身融合，采用无尾飞翼式布局，传统意义上的机身、机翼和尾翼变得模糊。单体无人飞行器的前起落架5和主起落架6飞行时均收入机腹中。

单体无人飞行器的控制板接合部和起落架舱门处在几条平行线上，大大降低了雷达反射面。

实施例2

如图1至图13、图17至图19所示，一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，包括六架呈正六边形的单体无人飞行器，六架六边形单体无人飞行器之间采用一种或多种结合方式进行组合，结合方式包括光学引导对接、程序数字比对对接、卡槽对接和强电磁吸附对接。六架单体无人飞行器模块化组合在一起（分为3排，第一排1架，第二排2架，第三排3架），以一整体的形式飞向任务地区，可大大增加组合式飞行器的航程并节省燃油，满足飞机的高空长航时巡航要求。

单体无人飞行器采用折叠式机翼3或伸缩式机翼4，其设计综合考虑了可操纵性和低可探测性。

单体无人飞行器具有上置进气道（即进气口1和排气口2位于机身上方）或下置进气道（即进气口1和排气口2位于机身下方）。单体无人飞行器体积小，曲面外形扁薄、平滑而流畅（具有超扁平外形），全翼身融合，采用无尾飞翼式布局，传统意义上的机身、机翼和尾翼变得模糊。单体无人飞行器的前起落架5和主起落架6飞行时均收入机腹中。

单体无人飞行器的控制板接合部和起落架舱门处在几条平行线上，大大降低了雷达反射面。

实施例3

如图1至图13、图20至图22所示，一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，包括八架呈正六边形的单体无人飞行器，八架六边形单体无人飞行器之间采用一种或多种结合方式进行组合，结合方式包括光学引导对接、程序数字比对对接、卡槽对接和强电磁吸附对接。八架单体无人飞行器模块化组合在一起（分为4排，第一排1架，第二排2架，第三排3架，第4排2架），以一整体的形式飞向任务地区，可大大增加组合式飞行器的航程并节省燃油，满足飞机的高空长航时巡航要求。

单体无人飞行器采用折叠式机翼3或伸缩式机翼4，其设计综合考虑了可操纵性和低可探测性。

单体无人飞行器具有上置进气道（即进气口1和排气口2位于机身上方）或下置进气道（即进气口1和排气口2位于机身下方）。单体无人飞行器体积小，曲面外形扁薄、平滑而流畅（具有超扁平外形），全翼身融合，采用无尾飞翼式布局，传统意义上的机身、机翼和尾翼变得模糊。单体无人飞行器的前起落架5和主起落架6飞行时均收入机腹中。

单体无人飞行器的控制板接合部和起落架舱门处在几条平行线上，大大降低了雷达反射面。

在上述实施例中，单体飞行器可在8种单体飞行器（2×2×2，折叠翼或伸缩翼；进气口1个或2个；进气口、排气口位于机身上方或下方）之间任意选择，种类和结合方式不受限制，实施过程中，集群分布和单体种类的选取视战场环境而定。

在无地面威胁环境下，为能低速飞行，高精度侦查、确定和监视目标并增加航时航程，优先采用折叠式机翼；在有地面威胁情况下，为提高飞机敏捷性、提高飞机速度，优先采用伸缩式机翼。

在赴往拥有地面探测雷达较多的战场，为遮挡地面雷达站的雷达波，降低被敌方雷达探测到的几率，优先采用上排气口布局；在赴往拥有空中威胁的战场，优先采用下排气口布局，以利用机身对排气口进行遮挡，进而降低飞机正前方以及上方的RCS，减少被敌方战斗机、高空侦察机以及预警机发现的概率。

在宽松作战环境中，组合式飞行器中的各单体既可以均为同一种，也可以随意进行组合，单体飞行器的数量不受限制；在非宽松作战环境中，为突破敌军强大的攻防系统，接近大型多功能目标（如航母、舰艇、机场、防空基地），同时可携带不同的设备、武器，该组合式飞行器中的单体飞行器不论是种类还是数量均会较多，以实现高低混搭集群组合，利用混合搭配的异构优势，低成本、高效率的协同完成任务。

本实用新型的集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器的工作过程如下：多架单体无人飞行器模块化组合在一起，以一整体的形式飞向任务地区，以增加航程并节省燃油。在接近战场目标时，当接到一个打包的整体任务后，该组合式飞行器将自动分解成较多较小的或六边形或其他形状的飞行器或较小集群（见图23），各自执行一系列任务，如空投补给，目标监视或轰炸等等，以实现原本复杂的系统功能。不仅成本低廉，在保持强大攻击作战能力的同时，还可通过分散确保生存能力，即“兵力分散但火力仍集中”，实现“分布式杀伤”，能扩大打击火力的规模，增加敌军的防御难度，提升打击作战效能。

在接近大型多功能目标（如航母、舰艇、机场、防空基地）时，为了提高生存性同时满足目标确定的高精度要求，该组合式飞行器也会适时自行分解（每单体小无人机都装备有传感器或有效载荷，多平台可以相互协作完成目标精度定位，当需要主动探测时，平台间还可采取频率、波段不同的雷达进行全频谱探测，将极大提高探测能力），通过相互协同对重点目标进行网络化集群式攻击。单体飞行器可能只具有相当简单的功能，但集群之后的群体行为则相当复杂多样，以形成整个集群的强大能力。

一旦任务完成，这些分散的单体无人机又可以恢复成原来形状或其他形状，再次组合在一起以整体形式返回基地。

为了兼容在宽松和非宽松作战环境中能多疆域同时被使用，该组合式仿蜂巢飞行器可由1种至8种（2×2×2）不同的平台/单体飞行器（折叠翼或伸缩翼；进气口1个或2个；进气口、排气口位于机身上方或下方）组成，可携带相同或不同的设备及武器实现高低混搭集群组合，利用混合搭配的异构优势低成本、高效率的协同完成任务。

Claims (5)

1.一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，其特征在于，包括多架单体无人飞行器，所述多架单体无人飞行器之间采用一种或多种结合方式进行组合，所述结合方式包括光学引导对接、程序数字比对对接、卡槽对接和强电磁吸附对接。

2.根据权利要求1所述的一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，其特征在于，所述单体无人飞行器采用折叠式机翼或伸缩式机翼。

3.根据权利要求2所述的一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，其特征在于，所述折叠式机翼向机身上方折叠的角度β为0°~120°，所述伸缩式机翼伸出时具有5°~30°的下反角α。

4.根据权利要求1所述的一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，其特征在于，所述单体无人飞行器具有上置进气道或下置进气道。

5.根据权利要求1所述的一种集群协同多组合式仿蜂巢无人飞行器，其特征在于，所述单体无人飞行器采用无尾飞翼式布局，单体无人飞行器的前起落架和主起落架飞行时均收入机腹中。