本发明涉及无人机弹射技术领域，具体涉及一种无人机弹射闭锁与释放机构。
背景技术：
随着无人机技术的进步，无人机种类逐渐变得丰富。对于固定翼无人机而言，其起飞方式主要包括滑跑起飞和弹射起飞。滑跑式固定翼无人机在实际应用中通常难以保证有合适的跑道，因此在固定翼无人机市场中，弹射起飞成为主流起飞方式。
目前市场上常见的固定翼无人机弹射方式，主要分为“先弹射后启动”和“先启动后弹射”。“先弹射后启动”的弹射起飞方式主要应用于轻型电动无人机，先将无人机弹射抛出，通过遥控装置控制电机启动。这种起飞方式简单，无人机重量轻，不需要对无人机进行闭锁，有些场合甚至可以直接通过手抛的方式代替弹射器。“先启动后弹射”的弹射起飞方式主要应用于中型电动无人机、发动机无人机等，先启动电机或者发动机，给无人机一个初始推动力，以保证弹射起飞的可靠性。但是在这种情况下，无人机通常重量和体积较大，惯性较大，在电机或发动机启动之后、弹射之前，由于初始推动力，无人机容易从弹射器脱落，造成弹射失败；同时，由于电机或发动机带动螺旋桨高速运转，无人机脱落极易引发安全事故。
技术实现要素：
为了解决现有固定翼无人机弹射过程中容易从弹射器脱落、造成弹射失败、存在安全隐患的问题，本发明提供一种无人机弹射闭锁与释放机构。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种无人机弹射闭锁与释放机构，包括：
与弹射器的轨道和滑车相连的控制装置，启动弹射器，滑车沿着轨道向前运动并启动控制装置；
设有安装槽的无人机挂钩，连接无人机固定翼；
固定在托板上且与安装槽相配合的弹射挂点，通过弹射器的弹射力使无人机挂钩脱离弹射挂点；
所述无人机挂钩与弹射挂点均为2n个，n为正整数，且分别相对于轨道对称面镜像安装；
可移动设置在托板上的挡板和挡板支撑装置，通过挡板支撑装置支撑和控制挡板使无人机挂钩固定在弹射挂点和挡板之间；
两端一一对应连接控制装置和挡板支撑装置的闸线，通过控制装置控制闸线拉动挡板支撑装置使挡板脱离挡板支撑装置的支撑；
所述挡板、挡板支撑装置和闸线均为2m个，m为正整数，m≤n；所述挡板和挡板支撑装置分别相对于轨道对称面镜像安装。
进一步的，通过所述2m个挡板支撑装置一一对应支撑和控制2m个挡板使2m个无人机挂钩固定在与之对应的弹射挂点和挡板之间，剩余的2n-2m个无人机挂钩通过与之对应的2n-2m个弹射挂点固定。
进一步的，所述2n个无人机挂钩相对于轨道对称面镜像安装，2n个弹射挂点相对于轨道对称面镜像安装，2m个挡板相对于轨道对称面镜像安装，2m个挡板支撑装置相对于轨道对称面镜像安装。
进一步的，所述挡板支撑装置包括：
固定在托板上的异型转接架；
安装在异型转接架上的l型转接架；
固定在托板上且开有第二通过孔的t型转接架；
开有第一通过孔、一端固定安装挡板的摇杆；
两端分别连接第一通过孔和第二通过孔的转轴；
安装在异型转接架和t型转接架上的插销盒；
活动安装在插销盒中、一端连接闸线另一端能够支撑摇杆的插销轴；
安装在l型转接架上、用于穿过闸线的执行端闸线固定座；
固定在插销盒中且套在插销轴上的导向卡槽；
固定在插销轴上且能够在导向卡槽中活动的手柄。
更进一步的，所述挡板支撑装置还包括安装在摇杆的另一端、用于调整插销轴支撑摇杆位置的调节旋钮。
更进一步的，所述挡板支撑装置还包括套在插销轴上且位于手柄下侧的弹簧，导向卡槽套在弹簧的外侧；手柄能够压缩弹簧，弹簧的恢复力能够使手柄在导向卡槽中自锁。
进一步的，所述控制装置包括：
固定在轨道上的挡块；
固定在滑车上的闸线支座；
安装在闸线支座上、用于穿过闸线的控制端闸线固定座；
固定在滑车上、开有第三通过孔的摇臂支座；
安装在第三通过孔的摇臂转轴；
安装在摇臂转轴上且能够绕摇臂转轴旋转的摇臂，摇臂的一端连接闸线另一端能够接触挡块；当摇臂接触挡块时，摇臂旋转，控制闸线拉动挡板支撑装置。
进一步的，所述控制装置的数量为2m个，控制装置与闸线一一对应连接，2m个控制装置相对于轨道对称面镜像设置。
进一步的，所述控制装置、无人机挂钩、弹射挂点、挡板和挡板支撑装置均采用7075-t6材料。
进一步的，所述无人机挂钩和弹射挂点的数量均为四个，四个无人机挂钩相对于轨道对称面镜像安装，四个弹射挂点相对于轨道对称面镜像安装；挡板和挡板支撑装置的数量均为两个，两个挡板相对于轨道对称面镜像安装，两个挡板支撑装置相对于轨道对称面镜像安装；通过两个挡板支撑装置一一对应支撑和控制两个挡板使两个无人机挂钩固定在与之对应的弹射挂点和挡板之间，剩余的两个无人机挂钩通过与之对应的两个弹射挂点固定。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过无人机挂钩、弹射挂点和挡板闭锁固定无人机，在准备弹射时的闭锁状态下，可以保证即使在无人机电机或发动机启动后，初始推动力作用下无人机能够固定在弹射器上，而且无人机不会由于螺旋桨推力而向前窜动。
2、本发明具有可靠性高、适应性好、可维护性强、可重复使用等优点，在弹射过程中通过控制装置拉动闸线，进而控制挡板支撑装置释放挡板，完成自动释放闭锁，能够有效地保证无人机弹射过程的安全性，具有极高的经济价值。
3、本发明以无人机弹射的动态过程为基础，采用全机械结构的方式完成对无人机的闭锁与释放动作。释放动作伴随着弹射动作同步发生，合理可靠，且无需人为干涉，能保证操作人员安全。
附图说明
图1为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的总体结构示意图。
图2为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的右闭锁装置的主视图。
图3为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的图2中i处的放大图。
图4为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的右闭锁装置的侧视图。
图5为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的图4中ii处的放大图。
图6为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的导向卡槽的结构示意图。
图7为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的导向卡槽的展开图。
图8为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的释放状态手柄自锁的位置图。
图9为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的部分装置的释放状态图。
图10为本发明的一种无人机弹射闭锁与释放机构的控制装置结构图。
图中：1、轨道，2、滑车，3、控制装置，4、右闭锁装置，5、左闭锁装置，6、无人机挂钩，7、弹射挂点，8、托板，9、托架，10、闸线，3-1、摇臂，3-2、摇臂转轴，3-3、摇臂支座，3-4、控制端闸线固定座，3-5、闸线支座，3-6、挡块，4-1-1、l型转接架，4-1-2、异型转接架，4-1-3、t型转接架，4-2、挡板，4-3、摇杆，4-4、转轴，4-5、调节旋钮，4-6、插销轴，4-7、插销盒，4-8、弹簧，4-9、导向卡槽，4-10、手柄，4-11、执行端闸线固定座。
具体实施方式
下面结合附图图1至图10和实施例对本发明做进一步详细说明。
一种无人机弹射闭锁与释放机构，其特征在于，包括控制装置3、无人机挂钩6、弹射挂点7、挡板4-2、挡板支撑装置和闸线10。本发明安装在弹射器上，弹射器包括轨道1、滑车2、托架9和托板8。控制装置3与弹射器的轨道1和滑车2相连的，启动弹射器，滑车2沿着轨道1向前运动并启动控制装置3。无人机挂钩6上设有安装槽，例如，如图9所示的无人机挂钩6，其安装槽为水平凹槽(u型槽)，用于连接无人机固定翼，优选的是无人机挂钩6与无人机固定翼固定连接(螺钉连接、焊接或胶结等)。弹射挂点7固定在托板8上，且与安装槽相配合以固定无人机挂钩6；通过弹射器的弹射力使无人机挂钩6脱离弹射挂点7。挡板4-2可移动设置在托板8上。挡板支撑装置可移动设置在托板8上，挡板支撑装置能够支撑和控制挡板4-2，通过挡板支撑装置支撑和控制挡板4-2，以使无人机挂钩6固定在弹射挂点7和挡板4-2之间，即无人机挂钩6能通过弹射挂点7和挡板4-2固定。闸线10的两端一一对应连接控制装置3和挡板支撑装置，即一端连接控制装置3另一端连接挡板支撑装置。通过控制装置3控制闸线10拉动挡板支撑装置，使挡板4-2脱离挡板支撑装置的支撑。
其中所述无人机挂钩6与弹射挂点7均为2n个，n为正整数。2n个无人机挂钩6相对于轨道1的对称面镜像安装，2n个弹射挂点7相对于轨道1对称面镜像安装。挡板4-2、挡板支撑装置和闸线10均为2m个，m为正整数。2m个挡板4-2相对于轨道1对称面镜像安装，2m个挡板支撑装置相对于轨道1对称面镜像安装。m≤n，即无人机挂钩6或弹射挂点7的数量不少于挡板4-2、挡板支撑装置或闸线10的数量，通过2m个挡板支撑装置一一对应支撑和控制2m个挡板4-2使2m个无人机挂钩6固定在与之对应的2m个弹射挂点7和与之对应的2m个挡板4-2之间，剩余2n-2m个无人机挂钩6和2n-2m个弹射挂点7，每个剩余的无人机挂钩6通过与之对应的弹射挂点7固定。以弹射具有四个固定翼的无人机(四个固定翼相对于无人机对称面两对对称，无人机与本发明连接时，无人机对称面与轨道1对称面重合)为例，当n＝2、m＝1时，四个无人机挂钩6与对应的弹射挂点7可以固定对称的一对固定翼(四个固定翼中有两个没有无人机挂钩6，另外两个固定翼上均有两个无人机挂钩6，一个固定翼上的两个无人机挂钩6中有一个固定在弹射挂点7和挡板4-2之间，另一个仅连接弹射挂点7仅受到弹射挂点7的固定)，或四个无人机挂钩6与对应的弹射挂点7可以分别固定一个固定翼(四个固定翼中的任意一对对称的固定翼上的无人机挂钩6固定在弹射挂点7和挡板4-2之间，另一对对称的固定翼上的无人机挂钩6仅连接弹射挂点7仅受到弹射挂点7的固定)；若n＝m＝2，则每个无人机挂钩6都通过弹射挂点7和挡板4-2固定。当n＝m＝1时，则四个固定翼中的任意一对对称的固定翼上分别连接一个无人机挂钩6，且该无人机挂钩6固定在弹射挂点7和挡板4-2之间。以弹射具有两个固定翼的无人机为例，若n＝m＝2，则每个固定翼上安装两个无人机挂钩6，且每个无人机挂钩6都固定在弹射挂点7和挡板4-2之间。
挡板4-2、挡板支撑装置和闸线10共同构成闭锁装置，如图1所示，本实施方式中无人机挂钩6、弹射挂点7和闭锁装置的数量选用2个，闭锁装置按照镜像设置的位置关系称为右闭锁装置4和左闭锁装置5，右闭锁装置4和左闭锁装置5的结构相同。本实施方式中的控制装置3与闸线10的数量相同，也为两个，控制装置3与闸线10一一对应连接，两个控制装置3和闸线10分别控制右闭锁装置4和左闭锁装置5。两个控制装置3相对于轨道1的对称面镜像对称。
本发明配合弹射器，安装在弹射器上，适合各种弹射器。弹射器的滑车2安装在轨道1上，托架9固定在滑车2上，托板8安装在托架9上。无人机挂钩6连接无人机固定翼，挡板4-2和弹射挂点7配合固定的无人机挂钩6，保证无人机在先启动电机或者发动机所产生初始推动力的作用下无人机位置不动，即为闭锁。准备弹射时的闭锁状态下，无人机挂钩6是安装在无人机上的伸出挂钩，是弹射起飞过程中的主要作用点。无人机挂钩6与弹射挂点7完全接触，可以保证在弹射瞬间弹射挂点7与无人机挂钩6之间没有冲击力。准备弹射时的闭锁状态下，挡板4-2与无人机挂钩6完全接触，可以保证在无人机电机或发动机启动后，无人机不会由于螺旋桨推力而向前窜动，从而避免无人机挂钩6与弹射挂点7分离，进而保证在弹射瞬间弹射挂点7与无人机挂钩6之间没有冲击力。释放动作伴随着弹射动作同步发生，即弹射器的滑车2相对于在轨道1运动即启动了释放功能，通过控制装置3控制拉动闸线10，进而挡板支撑装置释放挡板4-2，释放无人机，无人机挂钩6是安装在无人机上的伸出挂钩，挡板4-2不再固定无人机挂钩6时，随即释放无人机机翼，这种机构的弹射起飞的过程合理可靠，且采用全机械结构，无需人为干涉，能保证操作人员安全、可重复使用。两个对称安装的无人机挂钩6、弹射挂点7和挡板4-2，能实现上述的作用和效果。若n＝m>1或n>m时，一对对称的弹射挂点7、无人机挂钩6和挡板4-2固定无人机固定翼；其他的弹射挂点7、无人机挂钩6和挡板4-2(n＝m>1)，或其他的弹射挂点7和无人机挂钩6(n>m)，实现进一步的固定无人机、进一步的防止无人机倾转。
本发明可根据无人机型号不同及弹射工况不同，选择材料使用，本实施方式中选用7075-t6材料，即控制装置3、无人机挂钩6、弹射挂点7、挡板4-2和挡板支撑装置均选用7075-t6材料，非破坏性试验效果可以闭锁超过45kgf推力。本发明占据空间尺寸相对弹射器与无人机较小，可根据弹射器型号不同及使用工况不同，按比例进行缩放。本实施方式基本尺寸为：闭锁装置总长85mm，总宽46mm，总高120mm，控制装置3总长92mm，总宽45mm，总高136mm。
其中挡板支撑装置包括l型转接架4-1-1、异型转接架4-1-2、t型转接架4-1-3、摇杆4-3、转轴4-4、调节旋钮4-5、插销轴4-6、插销盒4-7、弹簧4-8、导向卡槽4-9、手柄4-10、执行端闸线固定座4-11。如图2右闭锁装置4的主视图、图3右闭锁装置4的i处放大图和图4右闭锁装置4侧视图所示。
异型转接架4-1-2和t型转接架4-1-3固定安装在托板8上，l型转接架4-1-1安装在异型转接架4-1-2上。执行端闸线固定座4-11安装在l型转接架4-1-1上，闸线10穿过执行端闸线固定座4-11连接插销轴4-6，执行端闸线固定座4-11中穿过闸线10对闸线10起到支撑作用。插销盒4-7安装在异型转接架4-1-2和t型转接架4-1-3上。插销轴4-6活动安装插销盒4-7中(插在插销盒4-7中，能在插销盒4-7中活动)。插销轴4-6的一端连接闸线10，另一端能够接触支撑摇杆4-3。摇杆4-3的一端固定安装挡板4-2；插销轴4-6接触支撑摇杆4-3时，摇杆4-3不能够移动，即此时不能旋转，此时为闭锁状态；插销轴4-6不接触摇杆4-3时，摇杆4-3旋转，此时为释放状态。摇杆4-3上开有第一通过孔，t型转接架4-1-3上开有第二通过孔，转轴4-4插入第一通过孔与第二通过孔连接摇杆4-3和t型转接架4-1-3。摇杆4-3的一端固定安装挡板4-2，摇杆4-3另一端安装用于调整摇杆4-3与插销轴4-6接触位置的调节旋钮4-5，通过摇杆4-3的传递作用，从而调整挡板4-2与无人机挂钩6之间的接触状态。如图3所示调节旋钮4-5贯穿摇杆4-3，调节旋钮4-5能够接触到插销轴4-6。调节旋钮4-5增大了本发明的可调整性和适用范围。
导向卡槽4-9固定安装于插销盒4-7中且导向卡槽4-9套在插销轴4-6上，导向卡槽4-9套在弹簧4-8的外侧，如图5所示。插销轴4-6上固定安装有手柄4-10，手柄4-10位于导向卡槽4-9中，手柄4-10与导向卡槽4-9的接触端部的大小和形状，与导向卡槽4-9完全匹配，手柄4-10用于工作人员将插销轴4-6移回到闭锁状态对应的位置。导向卡槽4-9的结构示意图如图6、图7所示，导向卡槽4-9的槽口形状为y形，导向卡槽4-9具有自锁功能，能够锁住手柄4-10。插销轴4-6上套装弹簧4-8，弹簧4-8套在插销轴4-6上且位于手柄4-10的下侧，导向卡槽4-9位于弹簧4-8的外侧，控制装置3启动并拉动闸线10，闸线10拉动插销轴4-6，插销轴4-6向下运动，同时，插销轴4-6上的手柄4-10在导向卡槽4-9(的槽口)中下滑，弹簧4-8受到手柄4-10的压缩，弹簧4-8的恢复力能够将插销轴4-6和手柄4-10弹至e处，以保证插销轴4-6可靠缩回不弹出。也就是说，手柄4-10能够压缩弹簧4-8，弹簧4-8的恢复力能够使手柄4-10在导向卡槽4-9中自锁，释放后自锁的位置示意图如图8所示。部分装置释放后的释放状态图如图9所示。在释放状态下，沿导向卡槽4-9按下手柄4-10，弹簧4-8再次受到压缩，弹簧4-8的恢复力和人为控制手柄4-10，使手柄4-10回到非自锁状态(图6中导向卡槽4-9的左半侧)，插销轴4-6在插销盒4-7中弹出。能够通过手柄4-10提升插销轴4-6至插销轴4-6接触并支撑摇杆4-3。
其中控制装置3包括摇臂3-1、摇臂转轴3-2、摇臂支座3-3、控制端闸线固定座3-4、闸线支座3-5、挡块3-6。
挡块3-6固定安装在轨道1上。摇臂支座3-3和闸线支座3-5固定安装在滑车2上。摇臂支座3-3上开有第三通过孔，摇臂转轴3-2安装在摇臂支座3-3的通过孔中，摇臂3-1安装在摇臂转轴3-2上且能绕摇臂转轴3-2旋转，摇臂3-1的一端(图10中摇臂3-1的上端)连接闸线10另一端(图10中摇臂3-1的下端)能够接触挡块3-6。摇臂3-1碰触挡块3-6时绕摇臂转轴3-2旋转，拉动闸线10。控制端闸线固定座3-4安装在闸线支座3-5上，闸线10穿过控制端闸线固定座3-4。控制端闸线固定座3-4的作用为穿过闸线10对闸线10起到位置支撑作用。
本发明提供的一种无人机弹射闭锁与释放机构的闭锁工作过程为：
步骤1：无人机挂钩6连接无人机固定翼，手动将无人机挂钩6的安装槽放置在与弹射挂点7配合状态(此时弹射挂点7在竖直方向上固定了无人机挂钩6)。
步骤2：手动将摇杆4-3旋转(至水平状态)，准备闭锁。
步骤3：沿导向卡槽4-9的导向槽口4-9-1按下手柄4-10，手动手柄4-10与插销轴4-6在弹簧4-8的作用下在插销盒4-7中弹出且接触支撑摇杆4-3。
步骤4：转动调节旋钮4-5，调整挡板4-2与无人机挂钩6至完全接触状态，完成闭锁(水平方向上固定了无人机挂钩6)，闭锁状态的效果如图1至图4所示。
本发明提供的一种无人机弹射闭锁与释放机构的释放工作过程为：
弹射器工作时，滑车2沿图10中c所示方向运动，即向前运动，摇臂3-1末端与挡块3-6接触。挡块3-6阻碍摇臂3-1与挡块3-6的下端，致使摇臂3-1沿图10中d所示方向转动，摇臂3-1上端拉动闸线10，通过闸线10的传动作用，闸线10沿图3中a所示方向运动(向下)，带动插销轴4-6从插销盒4-7中抽离缩回即插销轴4-6向下运动。摇杆4-3失去插销轴4-6的支撑，连同挡板4-2在重力作用下绕转轴4-4转动如图3中b所示运动方向，从而完成对无人机挂钩6的释放，无人机挂钩6脱离挡板4-2的固定。手柄4-10沿导向卡槽4-9的槽口运动，最终在弹簧4-8的作用下，手柄4-10固定在导向槽口4-9-1的如图5～图8所示e处自锁。释放后的释放状态的效果如图9所示。释放状态下，所有的无人机挂钩6均仅受弹射挂点7的固定(即无人机挂钩6仅连接无人机固定翼和弹射挂点7)。
在弹射器的弹射力作用下，无人机向前运动(c方向)，无人机挂钩6向c方向运动，直至脱离与弹射挂点7的配合，无人机在弹射器的作用下弹射出去。
本发明提供的一种无人机弹射闭锁与释放机构，尤其适用于先启动后弹射起飞方式的固定翼无人机，还适用于任何一种弹射起飞的无人机。