无人机弹射架单机、联排轨道弹射架及其发射方法与流程

本发明涉及飞行器设计领域，尤其涉及一种无人机弹射架单机、联排轨道弹射架及其发射方法。

背景技术：

无人飞行器由于其不需要机载飞行员的特点，可以适用于更苛刻、更危险的任务环境之中，并且无需安装生命维持系统和驾驶舱等设备，因此在相同重量下能够搭载更多任务载荷，实现飞机轻量化的目标。随着无人机行业的发展，以往主要用于军事的无人飞行器逐渐向民用任务进军，并被广泛的应用于环境监测、线路巡逻、高空勘测、地形测绘和航空摄影等方面。目前，无人机主要的发展方向是低空数字化(小型无人机)、高空长航时(大展弦比无人机)和集群智能化，我国《国家战略性新兴产业发展规划》中明确提出“开发综合化、通用化、智能化的通信、导航和控制系统，发展面向多类空域融合运用的技术体系和装备”等发展需求。面向无人机军民融合应用发展需求，同时结合高空长航时飞行器大展现比、轻薄机身的特性和低空数字化小型无人机费用低、结构灵活、集群化的特点，研究团队提出了将多架小型无人机通过机翼柔性连接并联一起形成大展现比的组合式飞行器这一创新性集群编队形式，并开展组合式飞行器的总体方案和分系统方案设计。

柔性组合式无人机以低成本、高可靠、易群组的中小型无人机为基本单元，数个单机之间通过柔性结构连接组成大展弦比的协同整体，见图1。柔性组合是组合体无人机的特点，柔性结构采用具有一定方向受限自由度形变的弹性材料或柔性机构实现。柔性组合式无人机主要有飞行速度低、展弦比大、柔性连接等特点。

无人飞行器的起飞(发射)与着陆(回收)阶段往往被认为是在无人飞行器作战运用中最困难、最关键的阶段，它直接影响着无人飞行器系统作战的机动灵活性、地域适应性、重复使用性和生存能力等战技指标及要求。因此，选择和确定适合组合式无人飞行器(发射)与着陆(回收)方式是无人飞行器系统总体方案中所需完成的一项重要工作。目前尚没有专门针对此新型无人机的起降技术研究，以往常用的发射技术主要有火箭助推、轨道弹射、空中发射、车载发射、手抛发射和垂直起飞。适用于柔性组合式无人机的发射方案中，相比较而言：1.地面滑跑依赖机场跑道或较好的地面环境条件，机动性差，起落架部分还需要占用无人机部分机载空间及重量；2.空中发射需要有合适的载机提供发射平台，依赖于保障体系，使用成本高，机动性差；3.手抛发射是可行方案，但起飞重量受限制；4.车载发射简单可靠，但是需要起飞速度小于汽车所能达到的速度，发射时需要有一定长度的平整路面或跑道，5.弹射架地面弹射方式机动性好、安全性好、隐蔽性好、使用成本低，能够满足经济型和可操作性的要求，但是对于大展现比柔性组合式无人机，同步性和可靠性要求较高，普通的弹射方式无法保证其发射阶段的同步性和通用性要求，因此需要开展针对组合式无人机发射的特性和设计方案研究。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无人机弹射架单机、联排轨道弹射架及其发射方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题的至少之一。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

作为本发明的一个方面，提供一种无人机弹射架单机，包括：

主架体，所述主架体的延伸方向的两端分别为始端和末端；

主轨道滑车，滑动设置于所述主架体上，用于承载并发射无人机；

弹力部件，设置于所述主架体的末端，用于通过拉伸弹力驱动所述主轨道滑车沿所述主架体的始端向末端移动；

锁紧释放机构，设置于所述主架体的始端，用于控制处于始端的所述主轨道滑车的锁紧或者释放；

缓冲机构，设置于所述主架体末端，用于阻止所述主轨道滑车的继续运动并吸收所述主轨道滑车的动能；

其中，当所述主轨道滑车在弹力部件的牵引下移动至与所述缓冲机构相接触时，所述主轨道滑车与承载的无人机发生相对运动并脱离，实现无人机弹射起飞。

作为本发明的另一个方面，还提供一种柔性组合式无人机联排轨道弹射架，包括若干并联设置的如上述的无人机弹射架单机。

作为本发明的再一个方面，还提供一种采用如上述的柔性组合式无人机联排轨道弹射架的发射方法，包括如下步骤：

步骤1：将若干柔性组合式无人机分别对应设置于所述柔性组合式无人机联排轨道发射架的各个主轨道滑车上，所述弹力部件对处于始端的所述主轨道滑车施加拉伸弹力，所述锁紧释放机构对所述主轨道滑车施加与所述拉伸弹力相平衡的锁紧力；

步骤2：所述锁紧释放机构对所述主轨道滑车释放锁紧力，所述主轨道滑车在弹力部件的驱动下带动柔性组合式无人机由主架体的始端向末端运动；

步骤3：当主轨道滑车接触到缓冲机构时，所述主轨道滑车与所述柔性组合式无人机发生相对运动直至分离，完成柔性组合式无人机的弹射起飞。

基于上述技术方案，本发明相较于现有技术，至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

本发明的柔性组合式无人机联排轨道弹射架采用无人机弹射架单机并联模式，通过不同数量无人机弹射架单机并联适应不同数量的柔性组合式无人机弹射要求；

本发明的柔性组合式无人机联排轨道弹射架采用的无人机弹射架单机，利用弹力部件提供驱动力，利用缓冲机构实现弹射，利用锁紧释放机构控制运行，安全性高且驱动方式简单节能；

本发明的柔性组合式无人机联排轨道弹射架采用电动磁吸式锁紧释放机构，能够保证各无人机弹射架单机释放的瞬时性、同步性和可靠性，避免因不同无人机弹射架单机的发射差导致柔性组合式无人机损坏；

本发明的柔性组合式无人机联排轨道弹射架各主架体具备可调节功能，能够实现不同发射角度、不同发射速度的选择，同时能满足不同翼展、不同机身长度的柔性组合式无人机构型的发射要求。

附图说明

图1为柔性组合式无人机示意图；

图2为本发明实施例1-3的无人机弹射架单机立体示意图；

图3为本发明实施例1-3的机身安装件的u型凹槽与机身支架的u型凸台示意图；

图4为本发明实施例1-3的主轨道滑车正视示意图；

图5为本发明实施例1-3的机翼支架立体示意图；

图6为本发明实施例1-3的电磁吸盘右视示意图；

图7为本发明实施例2-3的联排轨道弹射架立体示意图。

以上附图中，对应的附图标记含义如下：

1、柔性组合式无人机；2、支撑柱；3、发射角度定位孔；4、发射角度定位螺栓；5、插槽；6、弹力部件；7、缓冲机构；8、机身支架；9、u型凸台；10、机翼支架；11、主轨道滑车；12、电磁吸盘；13、地面支座；14、定位杆；15、定位支座；16、牵引绳；17、发射速度定位孔；18、滑轮；19、主架体；20、吸盘电源信号线；21、绞盘电源信号线；22、电动绞盘；23、电源信号控制器；24、机身安装件；25、u型凹槽；26、无人机弹射架单机；27、停机角定位孔；28、停机角定位螺栓；29、机翼支架竖段部；30、机翼支架横段部；31、翼展定位孔；32、翼展定位螺栓；33、机身长度定位孔；34、耳片；35、机身长度定位螺栓；36、紧固螺栓。

具体实施方式

本发明的主要目的在于解决现有技术对大展现比柔性组合式无人机弹射的不足之处，研究提供一种无人机弹射架单机、联排轨道弹射架及其发射方法。

该柔性组合式无人机联排轨道弹射架包括若干无人机弹射架单机并联，无人机弹射架单机包括主架体、主轨道滑车、弹力部件、锁紧释放机构、缓冲机构。柔性组合式无人机联排轨道弹射架适用于多架通过翼尖连接结构组合的无人机，通过本发明提供的柔性组合式无人机联排轨道弹射架实现柔性组合式无人机的同步发射，避免机翼连接处因受力不协调导致损坏的现象。无人机弹射架单机、联排轨道弹射架及其发射方法具有发射角度可调、发射速度可调、同步性好、通用性强的特点。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

在本发明的第一个示例性实施例中，如图2-6所示，提供一种无人机弹射架单机，包括：

主架体19，主架体19的延伸方向的两端分别为始端和末端；

主轨道滑车11，滑动设置于主架体19上，用于承载并发射无人机；

弹力部件6，设置于主架体19的末端，用于通过拉伸弹力驱动主轨道滑车11沿主架体19的始端向末端移动；

锁紧释放机构，设置于主架体19的始端，用于控制处于始端的主轨道滑车11的锁紧或者释放；

缓冲机构7，设置于主架体19末端，用于阻止主轨道滑车11的继续运动并吸收主轨道滑车11的动能；

其中，当主轨道滑车11在弹力部件6的牵引下移动至与缓冲机构7相接触时，主轨道滑车11与承载的无人机发生相对运动并脱离，实现无人机弹射起飞。

值得一提的是，在本发明的实施例中，如图2所示，定义始端为右端，末端为左端。

在本发明的实施例中，如图2所示，无人机弹射架单机还包括电源信号控制器23；

其中，电源信号控制器包括电源模块、电动绞盘控制模块、电磁吸盘控制模块(图未示)；电源模块通过外部电源或内部电池为无人机弹射架单机提供电源，即为锁紧释放机构和下述的电动绞盘等载电设备供电；电动绞盘控制模块用于控制电动绞盘运作模式，电磁吸盘控制模块用于控制锁紧释放机构操作；

锁紧释放机构为电动磁吸式，主轨道滑车11采用磁性材料；

其中，锁紧释放机构包括电磁吸盘12，电磁吸盘12与电源信号控制器23电连接；

更为具体的，锁紧释放机构还包括吸盘电源信号线20；电磁吸盘12和电源信号控制器23通过吸盘电源信号线20相连；电源信号控制器23的电磁吸盘控制模块控制电磁吸盘12瞬时通电上磁或瞬时断电消磁。

其中，如图2和图6所示，主架体19上沿主架体19的延伸方向间隔设置若干发射速度定位孔17，电磁吸盘12通过紧固螺栓36与预定的发射速度定位孔17螺接固定。

更为具体的，主轨道滑车11采用磁性材料制作，锁紧释放机构的电磁吸盘12通电上磁后，可以与主轨道滑车11之间接触产生吸力，进行锁紧；当电磁吸盘12消磁后，与主轨道滑车11的吸力消失，在弹力部件6的拉伸弹力驱动下，实现对主轨道滑车11的瞬时释放。

另外，值得一提的是，电磁吸盘12选择不同的发射速度定位孔17进行位置固定，即确定弹力部件6的拉伸长度，进而选择主轨道滑车11在弹力部件6的驱动下的运行速度，由此控制无人机的弹射速度。

在本发明的实施例中，如图2和图4所示，无人机弹射架单机还包括电动绞盘22和绞盘电源信号线21；其中，电动绞盘22设置于主架体19的始端，即本实施例中的右端；电动绞盘22与电源信号控制器23电连接；即电动绞盘22与电源信号控制器23通过绞盘电源信号线21电连接；电源信号控制器23的电动绞盘控制模块控制电动绞盘22的正转运行或反转运行。

其中，如图4所示，主轨道滑车11上设置耳片34，更为具体的，耳片34设置于主轨道滑车11底部；电动绞盘22通过牵引绳16与耳片34相连。

在本发明的实施例中，如图2所示，弹力部件6包括弹簧，弹簧一端与主架体19的末端相连，弹簧的另一端与主轨道滑车11相连。

在本发明的实施例中，缓冲机构7包括柱状缓冲本体和柱状弹性体，缓冲本体的一端与主架体19固定相连，缓冲本体的另一端被弹性体包覆，且弹性体沿缓冲本体轴向向外延伸；

其中，缓冲本体的材质为金属材料；

其中，弹性体的材质为多孔聚胺脂材料。

在本发明的实施例中，如图2和图3所示，主轨道滑车11上竖直设置机身支架8，机身支架8顶部设置一凸台，无人机上设置机身安装件24，机身安装件24对应设置与凸台匹配对接的凹槽；

其中，凸台与凹槽匹配设置为u型；

其中，值得一提的是，在本发明的实例中，主轨道滑车11设计为框型，包括上板、下板和两个侧板，在主轨道滑车11的上板上设置机身支架8；机身支架8顶端设有一u型凸台9，无人机上的机身安装件24上对应设置u型凹槽25，主轨道滑车11与无人机通过u型凸台9和u型凹槽25的对接实现连接功能。

其中，如图4所示，机身支架8为套接的两段式，机身支架8的其中一段上对应设置若干停机角定位孔27，机身支架8的两段通过停机角定位螺栓28螺接于预定的停机角定位孔27以进行调节固定。通过选择不同的停机角定位孔27，可以对无人机1发射攻角进行细微调节。

在本实施例中，如图4和图5所示，主轨道滑车11的两侧壁(即两侧板)分别设置机翼支架10，机翼支架10包括l型的机翼支架横段部30和机翼支架竖段部29；

其中，机翼支架竖段部29的自由端用于支撑无人机的机翼，实现对大展现比机翼支撑作用；

其中，主轨道滑车11的两侧壁上分别设置若干机身长度定位孔33，机翼支架横段部30的自由端通过机身长度定位螺栓35螺接于预定的机身长度定位孔33内以进行调节固定；即通过机翼支架10的根部连接到不同的机身长度定位孔33上，来实现机翼支架10对不同机身长度无人机的支撑作用。

其中，如图5所示，机翼支架横段部30为套接的两段式，机翼支架横段部30的其中一段上对应设置若干翼展定位孔31，机翼支架10通过翼展定位螺栓32螺接于预定的翼展定位孔31内以进行调节固定；通过调节固定到不同的翼展定位孔31，来调节机翼支架横段部30的长度，进而调节机翼支架竖段部29相对于主轨道滑车11的横向距离，以适应不同翼展的无人机，对不同翼展的无人机机翼进行支撑。

其中，如图2和图4所示，主轨道滑车11上设置若干滑轮18，主轨道滑车11通过滑轮18在主架体19滑动。

更为具体的，在主轨道滑车11的上板、下板和两个侧板上分别装有滑轮18，在主轨道滑车11运行时，主轨道滑车11通过滑轮18采用滚动模式与主架体19接触，减小摩擦。

在本发明的实施例中，如图2所示，主架体19的始端底部与地面支座13连接；

其中，地面支座13上间隔设置至少两个具有圆孔的定位支座15，圆孔的孔中心处于同一水平直线上；

更为具体的，主架体19右侧下端与地面支座13焊接。定位支座15的圆孔的孔中心处于同一水平直线上，用于将多个无人机弹射架单机26联排时，进行基准定位。

在本发明的实施例中，如图2所示，主架体19的末端两侧部分别设置支撑柱2，支撑柱2插接于主架体19的插槽5内；即，主架体19在左侧端部设有支撑柱2，支撑柱2插接于主架体19侧边的插槽5内。

其中，支撑柱2为套接的两段式，支撑柱2的其中一段上对应设置若干发射角度定位孔3，支撑柱2的两段通过发射角度定位螺栓4螺接于预定的发射角度定位孔3内以进行调节固定。通过选择不同发射角度定位孔3确定无人机发射时的迎角。

至此，本发明的第一个示例性实施例介绍完毕。

实施例2

在本发明的第二个示例性实施例中，如图7所示，还提供一种柔性组合式无人机联排轨道弹射架，包括若干并联设置的如实施例1的无人机弹射架单机26。

多个无人机弹射架单机26并联，通过定位杆14插入各个无人机弹射架单机26的定位支座15的圆孔中，进行联排的基准定位。

另外，值得一提的是，多个锁紧释放机构的电磁吸盘12以及多架电动绞盘22通过同一电源信号控制器23控制，实现瞬间同时释放，完成多个柔性组合式无人机1的同时运行、发射和起飞。

至此，本发明的第二个示例性实施例介绍完毕。

实施例3

在本发明的第三个示例性实施例中，如图2-7所示，还提供一种采用如实施例2的柔性组合式无人机联排轨道弹射架的发射方法，包括如下步骤：

步骤1：将若干柔性组合式无人机1分别对应设置于柔性组合式无人机联排轨道发射架的各个主轨道滑车11上，弹力部件6对处于始端的主轨道滑车11施加拉伸弹力，锁紧释放机构对主轨道滑车11施加与拉伸弹力相平衡的锁紧力；

更为具体的，无人机的机身安装件24上的u型凹槽25与机身支架8顶端的u形凸台9相扣；启动电磁吸盘12并上磁，启动电动绞盘22，使主轨道滑车11通过牵引绳16拉动向右运动直至主轨道滑车11右端面与电磁吸盘12左端面紧密结合，关闭电动绞盘22。

步骤2：锁紧释放机构对主轨道滑车11释放锁紧力，主轨道滑车11在弹力部件6的驱动下带动柔性组合式无人机1由主架体19的始端向末端运动；

步骤3：当主轨道滑车11接触到缓冲机构7时，主轨道滑车11与柔性组合式无人机1发生相对运动直至分离，完成柔性组合式无人机1的弹射起飞。

更为具体的，电源信号控制器23对电磁吸盘12进行消磁，消磁瞬间各个主轨道滑车11在弹力部件6的驱动下带动柔性组合式无人机1同时向左侧运动；当主轨道滑车11运动到主架体19左端时，主轨道滑车11与缓冲机构7相接触时停止运动，柔性组合式无人机1继续向左运动，u型凸台9与无人机1的机身安装件24分离，柔性组合式无人机1离开柔性组合式无人机联排轨道弹射架，完成发射。

当然，值得一提的是，在进行步骤1之前，还需要确定发射场地并组装柔性组合式无人机联排轨道弹射架，以及调整发射状态。具体包括：

确定发射场地并组装：选择适合进行弹射的平坦、开阔地域，将无人机弹射架单机26组装完毕，通过连接定位杆14将多架无人机弹射架单机26并联，将各无人机弹射架单机26的吸盘电源信号线20和绞盘电源信号线21连接入电源信号控制器23。

调整发射状态：通过调整无人机弹射架单机26的支撑柱2上的发射角度定位孔3和发射角度定位螺栓4初步确定柔性组合式无人机1发射时的迎角，通过调整主架体19上表面的电磁吸盘12与发射速度定位孔17确定柔性组合式无人机1发射时的速度。通过调整机身支架8上面的停机角定位孔27确定柔性组合式无人机1的最终发射角度。通过选择机翼支架10上的翼展定位孔31确定适合柔性组合式无人机1的机翼支架10宽度。通过选择主轨道滑车11侧面机翼支架10与机身长度定位孔33确定合适的机身支架8与机翼支架10之间的宽度。

至此，本发明的第三个示例性实施例介绍完毕。

值得注意的是，对于本领域的技术人员而言，图7的构型只是本发明的一个具体实施例，本发明并不局限于三架无人机柔性组合连接。通过本发明的柔性组合式无人机联排轨道弹射架和弹射方法，可实现不同构型不同数量柔性组合式无人机弹射起降要求。

其中，本领域的技术人员应当明白，本发明的发明点并不在于该软件或应用程序的开发，现有技术中能够实现进行完成提供电源、控制多架电磁吸盘同时瞬时上磁或消磁以及多架电动绞盘同时正转或反转等功能的软件或应用程序即适用于本发明实施例，在此不作赘述。

需要说明的是，上述对各模块的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。

本发明的实施例的所有的模块都可以是硬件结构，硬件结构的物理实现包括但不局限于物理器件，物理器件包括但不局限于晶体管，忆阻器，dna计算机。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。