一种垂直冷发射折叠翼无人机翼面有序展开机构及方法

本发明属于飞行器控制领域，特别涉及一种垂直冷发射折叠翼无人机翼面有序展开机构及方法。

背景技术：

1、垂直冷发射折叠翼无人机是将折叠翼无人机装载在发射筒内，以压缩空气、压缩蒸气或助推剂燃气为助推动力，将折叠翼无人机从发射筒内弹射出去，无人机出筒以后主机翼和尾翼有序展开，然后启动动力，完成起飞发射。

2、2021.03.02公布的申请号为202011164760.8的专利申请，公开“一种炮射无人机炮射起飞控制方法”，包括炮射起飞主机翼、尾翼展开和动力启动的时序设计以及各阶段的控制策略，解决了现有技术中炮射无人机从炮射起飞到机翼展开到起飞爬升的控制问题，避免了无人机机翼展开的时间问题及控制策略对起飞控制品质带来的严重影响。在该申请的控制时序中，明确强调了尾翼需要在主机翼展开结束后才能展开，否则会使无人机纵向不稳定。

技术实现思路

1、针对垂直冷发射折叠翼无人机，我们按照背景技术中提供的控制时序进行了飞行试验，发现采用该控制时序的折叠翼无人机，无法在展开后进入稳定飞行状态，背景技术中方案所提出的控制时序仅适用于带有一定发射倾角的炮射无人机，并不适用于垂直冷发射折叠翼无人机。

2、我们进一步通过试验和仿真研究，分析如下：

3、对于垂直冷发射折叠翼无人机，无人机出筒后无驱动力，自身无前飞速度。若采用尾翼在主机翼完全展开之后才开始展开的控制时序，由于主机翼完全展开之后，无人机速度已经很低，此时尾翼产生的低头力矩不足以使无人机低头，进而导致无人机失速。若尾翼展开过早，此时尾翼产生的低头力矩又会使无人机过早低头，出现很大的俯冲角度，甚至会使无人机产生翻滚，导致发射失败。因此，在无人机出筒后上升过程中，需要通过对主翼和尾翼展开时序进行设计，实现无人机稳定低头，进入稳定飞行状态。

4、为此，本发明提出一种垂直冷发射折叠翼无人机翼面有序展开机构及方法。

5、本发明的技术方案是：一种垂直冷发射折叠翼无人机翼面有序展开机构，包括机身、机翼和尾翼；其特别之处在于：

6、处于折叠状态时，所述机翼和尾翼沿机身纵向贴合在机身表面，并通过发射筒对处于折叠状态的所述机翼提供约束；

7、所述机翼包括主翼、左外翼和右外翼；主翼中部采用第一可旋转锁定结构连接在机身上，主翼两端分别与左外翼内端以及右外翼内端通过第二可旋转锁定结构连接；

8、所述尾翼分为左尾翼和右尾翼，左尾翼内端以及右尾翼内端分别通过第三可旋转锁定结构与机身尾部两侧连接，尾翼完全展开后呈张角向下的v尾布局；

9、所述第一可旋转锁定结构能够在所述无人机出筒时刻驱动所述主翼开始展开，并在所述主翼展开至垂直于机身纵向时将主翼与机身锁定；

10、所述第二可旋转锁定结构能够在所述无人机出筒时刻驱动所述左外翼和右外翼开始展开，并在所述左外翼和右外翼展开至与主翼平齐时将左外翼和右外翼分别与主翼锁定；

11、所述第三可旋转锁定结构能够在所述主翼未展开到设定角度时，对处于折叠状态的所述尾翼提供约束，并能够在所述主翼展开至设定角度时驱动所述尾翼开始展开，并在尾翼达到设定展开角度时，将尾翼与机身锁定。

12、作为一个优选的方案，所述第一可旋转锁定结构包括第一转轴、第一扭簧和第一锁紧件；主翼中部通过第一转轴与机身转动连接，所述第一转轴上套装有第一扭簧，所述第一扭簧两端分别与主翼和机身固定连接；所述第一扭簧能够在所述无人机出筒时刻，驱动主翼开始绕第一转轴转动展开；所述第一锁紧件安装在主翼与机身之间，所述第一锁紧件能够在主翼展开到位后将主翼与机身锁紧。

13、优选的，所述第一锁紧件为带有弹簧驱动的销轴销孔结构，当主翼展开到位后，弹簧能够驱动主翼上的销轴插入机身相应位置的销孔中，实现主翼与机身锁紧。

14、作为一个优选的方案，所述第二可旋转锁定结构包括第二转轴、第二扭簧、第二锁紧件；一侧外翼的内端与主翼外端通过第二转轴转动连接，所述第二转轴上套装有第二扭簧，所述第二扭簧两端分别与一侧外翼和主翼固定连接，所述第二扭簧能够在所述无人机出筒时刻，驱动一侧外翼开始绕第二转轴转动展开；所述第二锁紧件安装在一侧外翼与主翼之间，所述第二锁紧件能够在一侧外翼展开到位后将一侧外翼与主翼锁紧。

15、作为一个优选的方案，所述第三可旋转锁定结构包括第三转轴、第三扭簧、第三锁紧件和释放机构；一侧尾翼的内端与机身尾部同侧通过第三转轴转动连接，所述第三转轴上套装有第三扭簧，所述第三扭簧两端分别与一侧尾翼和机身尾部固定连接；所述释放机构连接在一侧尾翼与主翼之间，当主翼未展开至设定角度时，所述释放机构对处于折叠状态的所述一侧尾翼提供约束，当主翼展开至设定角度时，所述释放机构解除约束，所述第三扭簧驱动一侧尾翼开始绕第三转轴转动展开；所述第三锁紧件安装在一侧尾翼与机身尾部之间，所述第三锁紧件能够在一侧尾翼展开到位后将一侧尾翼与机身尾部锁紧。

16、优选的，所述释放机构为带有拉绳的销轴销孔结构，拉绳一端连接在销轴上，另一端连接在主翼上，当主翼未展开至设定角度时，拉绳处于松弛状态，销轴销孔结构将一侧尾翼约束在折叠状态，当主翼展开至设定角度时，主翼能够带动拉绳拉动销轴脱离销孔，释放对尾翼的约束。

17、一种垂直冷发射折叠翼无人机翼面有序展开方法，包括以下步骤：

18、步骤1、起飞准备，判断无人机初始姿态是否正常、航线加载是否正确；

19、步骤2、启动燃气驱动装置，高压气体推动折叠翼无人机沿发射筒轴线向开口方向运动，无人机时刻发射筒对机翼约束解除，第一可旋转锁定结构和第二可旋转锁定结构驱动机翼开始展开；

20、步骤3、主翼展开至与机身纵向夹角达到设定角度时，第三可旋转锁定结构解除对尾翼的约束，并驱动尾翼开始展开；

21、步骤4、主翼展开至垂直于机身纵向时，第一可旋转锁定结构将主翼与机身锁定；左外翼和右外翼在第二可旋转锁定结构驱动作用下继续展开，直至与主翼平齐；机翼完全展开时，第二可旋转锁定结构将左外翼和右外翼分别与主翼锁定；

22、步骤5、尾翼展开至张角向下且达到设定展开角度时，尾翼展开结束，第三可旋转锁定结构将左尾翼和右尾翼分别与机身侧壁锁定；

23、步骤6：启动电机，无人机稳定低头，平稳飞行。

24、优选的，所述步骤3中当主翼展开至与机身纵向夹角为35°-45°时，尾翼开始展开。

25、优选的，所述步骤3中当主翼展开至与机身纵向夹角为38°时，尾翼开始展开。

26、优选的，所述步骤5中尾翼展开至呈90°时，尾翼展开结束。

27、本发明的有益效果是：

28、1、本发明中主翼与机身之间、外翼与主翼之间、尾翼与机身尾部之间分别通过可旋转锁定结构连接，能够在无人机出筒后，驱动主翼和尾翼在设定时间内解锁并有序展，使得垂直冷发射折叠翼无人机在展开后能够进入稳定飞行状态。

29、2、本发明提供的折叠翼无人机翼面展开方法，针对垂直冷发射折叠翼无人机的气动特点，设计合理的翼面展开时序，在无人机主翼展开到预设角度范围内，驱动尾翼开始展开，使垂直冷发射折叠翼无人机能够稳定低头，实现平稳飞行，解决了垂直冷发射无人机尾翼展开过早或展开过晚导致无人机翻滚或失速的问题，大大提高了垂直冷发射折叠翼无人机发射成功率。

30、3、本发明中尾翼通过释放结构与主翼连接，当主翼未展开至设定角度时，所述释放机构能够对处于折叠状态的尾翼提供约束，当主翼展开至设定角度时，所述释放机构能够解除约束，使尾翼开始绕轴转动展开。

31、4、本发明中尾翼完全展开后呈张角向下的v尾布局，只要尾翼展开，尾翼自身就能够产生低头力矩，使无人机低头，产生升力。