一种吸附式的侦察作战微型无人机的制作方法

本发明属于微型无人机技术领域，具体涉及一种吸附式的侦察作战微型无人机。

背景技术：

微型飞行器是无人机的一种类别。微型飞行器的定义为飞行速度最大为5-20m/s，其机身最大设计长度在10-15cm(参见参考文献[1]:gursuli.vortexflowsonuavs:issuesandchallenges[j].aeronauticaljournal,2004,108(1090):597-610.)。由于其具有体积小、重量轻、隐蔽性好、功能性强、成本低、便于携带、操作简单等特点，因此在军事、民用、科学研究等领域被越来越多的应用(参见参考文献[2]:袁昌盛,付金华.国际上微型飞行器的研究进展与关键问题[j].航空兵器,2005(6):50-53.)。微型飞行器主要分为三大类，分别是固定翼微型飞行器、旋翼微型飞行器和扑翼微型飞行器，其中固定翼的研究是目前微型飞行器中研发种类最多、应用最广的类型。

现有微型无人机成本低、携带与操作方便、雷达隐蔽性高，装备于城市反恐特种作战的连、排及单兵作战层级。主要用途能力有提供即时战场情报，战术级分队的决策辅助，密闭空间的侦察与搜救，对作战区域实施持续监控与目标识别，为班排级战斗开辟“鸟瞰视角”等。但是在实际使用过程中，现有微型无人机也存在多种缺陷与挑战，它往往采用采用盘旋或悬停等方式进行侦察，隐蔽性较差，存在一定的侦察劣势；同时现有微型无人机一般只携带摄像头，不携带战斗部，作战杀伤链不完善。

目前国内外已经有了很多机器人墙壁吸附方式(参见参考文献[3]:silvamf,machadojat.asurveyoftechnologiesandapplicationsforclimbingrobotslocomotionandadhesion[m]//climbingandwalkingrobots.intech,2010.)。根据爬墙机器人的吸附原理分类，常见的有磁吸附、负压吸附、推力吸附和静电吸附。其中磁吸附只能在导磁面起作用，产生的吸附力大，但是噪声也偏大。负压吸附依靠真空泵吸取吸盘内气体实现吸附，对墙壁光滑度要求较高，而且噪声、功耗大。推力吸附依靠自身推进装置产生背离壁面的气体，对壁面适应性强，但是产生推力的装置体积大效率低，噪声也很明显。静电吸附利用静电产生的库仑力吸附墙面，它有功耗低、体积小、噪声小、对壁面无损伤、吸附力可控制等特点，与其它吸附相比有着其无可替代的作用(参见参考文献[4]:王勇.一种静电吸附方式的微小爬壁机器人研究[d].重庆大学,2015.)。

现有的静电吸附式无人机多为旋翼式无人机，静电吸附板单独向外伸出，与无人机机体保持一定距离。这种多旋翼无人机虽然在飞行控制方面较为成熟，但是由于静电吸附板距飞机重心较远，会产生较大的力矩，容易受壁面侧风干扰，导致吸附能力较弱。而且这种静电吸附板外伸的布局整体体积较大，会导致隐蔽性不强。

技术实现要素：

战场局势瞬息万变，传统的微型无人机往往只具有侦察功能，或者只能对时间地点已知的目标进行打击。本发明的目的是提出一种吸附式的侦察作战微型无人机，搭载小型前置偏转摄像头以及数据传输设备，可方便快捷的飞到指定壁面，由自由飞行状态切换到吸附状态，利用腹部的静电吸附装置吸附到壁面，构建临时侦察监控点。同时无人机还搭载战斗部，在每架无人机内部都携带一定量的炸药，在吸附状态下发现目标后可以解除吸附，自主进行制导打击。该微型无人机整体具有结构简单，质量轻，成本低的优点。

本发明的提供的一种吸附式的侦察作战微型无人机，包括：主机翼、气动舵面、动力系统、前置摄像头偏转机构、前置偏转摄像头、静电吸附装置和腹部固定摄像头。其中主机翼为固定矩形翼，主机翼前缘上方安置动力系统，主机翼前缘上方安装有前置偏转摄像头，主机翼下方腹部布置静电吸附装置，下方腹部中心有一个腹部固定摄像头，主机翼后缘安置气动舵面。

其中，动力系统包括一对螺旋桨发动机，利用电机架安置在机翼的前缘处，电机架将螺旋桨抬高一定高度，防止吸附在壁面时螺旋桨与壁面接触。前置偏转摄像头在无人机飞行时内埋在主机翼前缘顶部，吸附壁面后开启吸附模式，前置偏转摄像头探出。前置摄像头偏转机构可以增大前置偏转摄像头的监控范围，并且可以实现对目标的追踪。

静电吸附装置位于主机翼腹部，可以让无人机数小时甚至数天的吸附在指定壁面上，具有功耗小、噪声小、体积和质量小的特点，十分适合长时间的隐蔽观测。静电吸附装置与无人机主机翼实现结构功能一体化，使得飞机拥有良好的气动外形，同时减少突出零部件以增加隐蔽性。腹部固定摄像头可以在无人机飞行状态下也能实时传递地面信息，同时有利于辅助无人机在进行吸附过程中的距离定位。

气动舵面包括一对在主机翼后缘处对称安装的副翼。无人机整体气动布局采用翼身融合的飞翼布局。

本发明的微型无人机主要有两种模式，一种是飞行模式，一种是吸附模式。飞行模式下可以快速地进行空中飞行移动，并利用腹部固定摄像头实现对地面的监测。吸附模式下，微型无人机腹部可长时间吸附在壁面上，利用前缘偏转摄像头进行监控搜寻。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优势：

(1)本发明的微型无人机采用监视攻击一体化概念，选择在指定壁面上等待时机，对打击目标实施精确打击，改变了传统察打一体无人机的作战思路。

(2)本发明的微型无人机采用静电吸附装置，可以长时间低噪声的贴附在壁面上，具有良好的续航性和隐蔽性。

(3)本发明的微型无人机的吸附方式采用结构功能一体化设计，将主机翼腹部直接设置成静电吸附装置，减少了结构重量与空气阻力。

(4)本发明的微型无人机存在两种可随时切换的模式，可以根据不同的环境或任务进行模式切换。

附图说明

图1为本发明微型无人机飞行模式下的整体结构示意图；

图2为本发明微型无人机飞行模式下的腹部整体结构示意图；

图3为本发明微型无人机飞行模式下的基本视面示意图，其中，a是正视图，b是俯视图，c是侧视图，d是仰视图；

图4为本发明静电吸附模块示意图；

图5为本发明微型无人机吸附模式下的整体结构示意图；

图6为本发明微型无人机两种模式的切换示意图，其中，a是飞行模式，b是吸附模式。

图中：

1-主机翼；2-气动舵面；3-动力系统；4-前置摄像头偏转机构；5-前置偏转摄像头；6-静电吸附装置；7-腹部固定摄像头；601-梳状电极电容板。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明提出一种吸附式的侦察作战微型无人机，适用于战场或是复杂环境下的空中侦察和临时监控点的快速而隐秘的布置。如图1和图2所示，本发明提供的所述侦察作战微型无人机包括主机翼1、气动舵面2、动力系统3、前置摄像头偏转机构4、前置偏转摄像头5、静电吸附装置6和腹部固定摄像头7。所述微型无人机的动力系统3为一对螺旋桨发动机，通过电机架直接安装在主机翼1前缘处，左右对称，通过两侧螺旋桨差动进行航向控制；主机翼1后缘安装一对气动舵面2；如图2，主机翼1腹部安装有腹部固定摄像头7和静电吸附装置6；主机翼1前缘上方安装有前置偏转摄像头5。

主机翼1为固定矩形翼，也是本发明的微型无人机的主体结构部分。气动舵面2包括一对在主机翼1后缘处对称安装的副翼，用来控制飞行姿态。动力系统3为一对螺旋桨发动机，包括两个对称安装的螺旋桨及电机驱动装置，通过电机架安装在主机翼1的前缘处。前置偏转摄像头5安装在前置摄像头偏转机构4上，在飞行模式下内埋于主机翼1前缘顶部，与主机翼1上表面贴合，在吸附模式下通过改变前置摄像头偏转机构4与主机翼1之间的角度，前置偏转摄像头5可以实现偏转多角度的摄像。

主机翼1内部安装有电池、信号接收发射装置和战斗部，其中电池和战斗部炸药是无人机质量中占比最大的两个部件。信号接收发射装置用于与地面人员通信，实现远程控制无人机的飞行、吸附和监视任务，电池为无人机提供电能，战斗部存放炸药。

如图2所示，为本发明微型无人机飞行模式下的腹部整体结构示意图，图2中主要部件包括：静电吸附装置6和腹部固定摄像头7。静电吸附装置6在主机翼1的下方腹部位置，用于吸附模式下，利用静电的库仑力吸附在各种壁面上。腹部固定摄像头7同样位于主机翼1的腹部，在静电吸附装置6的中央，在飞行模式下可以用于对地面的拍摄侦察。

如图3a～3d为本发明微型无人机飞行模式下的基本视面示意图，其中，3a是正视图，3b是俯视图，3c是侧视图，3d是仰视图，从附图可见，所述的腹部固定摄像头7与静电吸附装置6的高度相同，避免了由于高度的不一致对静电吸附效果的影响。

本发明微型无人机的最大高度为27mm，最大宽度为176mm，最大长度为157mm，预估总重量仅为150g～200g，体积小重量轻，提高了隐蔽性，也方便单兵携带。

其中的静电吸附装置6采用多组梳状电极电容板601以增加吸附力，如图4，其中梳状电极电容板601尺寸为80mm×140mm，面积可占主机翼腹部面积的70％。梳状电极电容板601直接构成了微型无人机的腹部的一部分，减少了结构重量，优化了气动外形，同时最大限度的利用了腹部的面积。中间梳状电极电容板601开有矩形窗口，用来安置腹部固定摄像头7。

如图5为本发明微型无人机吸附模式下的整体结构示意图。在吸附模式下，本发明的微小型无人机利用腹部吸附装置6垂直贴附于壁面上，此时前置摄像头偏转机构4带动前置偏转摄像头5向下偏转，实现多角度的监视。

如图6为本发明微型无人机两种模式的切换示意图，其中，a是飞行模式，b是吸附模式。本发明的微型无人机在飞行模式中采用腹部固定摄像头7拍摄，在吸附模式下前置偏转摄像头5向下偏转，实现多角度摄像。飞行模式到吸附模式的转换采用先平飞，后大角度垂起，最后下落吸附在壁面上的动作实现。具体模式切换过程方法可以表述为，无人机先在低空平飞寻找目标墙体，期间利用气动舵面2实现无人机的方向和俯仰角控制，以避让开障碍物；之后找到目标墙体后，在合适距离无人机进行大迎角的机动，在水平方向速度逐渐减速，形成螺旋桨向上，主机翼腹部平行于墙体壁面的逐渐接近的运动姿态；最终静电吸附装置6供电使无人机贴附于墙面上，期间利用腹部固定摄像头7进行辅助校正。而从吸附模式到飞行模式的切换，采用静电吸附装置6断电，飞机由机头向上的悬停状态向平飞状态改出，最终恢复飞机的飞行模式的动作实现。