CN109405649B - 一种可折叠共轴反桨无人机及打击方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可折叠共轴反桨无人机及打击方法，该无人机包括：数据链天线、上旋翼、上旋翼桨夹、驱动模块、下旋翼桨夹、下旋翼、动力及飞控模块、图像载荷、末敏子弹、末敏子弹敏感器；上旋翼和下旋翼分别通过上旋翼桨夹和下旋翼桨夹与驱动模块相连，在驱动模块的驱动下令上旋翼和下旋翼转动，产生升力；动力及飞控模块为驱动模块提供动力，数据链天线电气连接到动力及飞控模块，实现动力及飞控模块与地面控制站之间的数据与指令传输；图像载荷安装在动力及飞控模块的外侧，用于采集攻击目标的图像，用于敏感攻击目标的末敏子弹与敏感器安装在无人机的底部，本发明采用末敏子弹进行打击、降低飞行平台对子弹抛撒精度要求，实现低成本化。

Description

一种可折叠共轴反桨无人机及打击方法

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种可折叠共轴反桨无人机及其采用该无人机进行反坦克攻击方法，该方法适用于单兵携带并且具有低成本的特点。

背景技术

随着微电子、计算机、自动驾驶、人工智能等高新技术的发展。使得小型无人机得到了快速全面的发展。目前小型无人机领域发展迅速，可以根据任务需求开展设计，完成各种任务。

目前国内外用于单兵反坦克武器主要为单兵便携式火箭弹、导弹等直瞄武器。这些武器普遍存在成本过高、发射特征明显、正侧面攻击穿甲深度不足等缺点。在使用时需要射手进行绕后或者包抄侧面进行打击。增加了射手操作的难度和被发现的机率。并且随着4代坦克的发展，坦克主动防御系统日趋完善，这又大大降低了传统单兵武器的使用效能。因此针对目前传统单兵反坦克武器的劣势，结合无人飞行平台提出单兵智能反坦克武器系统概念。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提出了一种可折叠共轴反桨无人机及其采用该无人机进行反坦克攻击方法，该方法适用于单兵携带并且具有低成本的特点。

本发明的技术解决方案：

一种可折叠共轴反桨无人机，包括：数据链天线、上旋翼、上旋翼桨夹、驱动模块、下旋翼桨夹、下旋翼、动力及飞控模块、图像载荷、末敏子弹、末敏子弹敏感器；

上旋翼和下旋翼分别通过上旋翼桨夹和下旋翼桨夹与驱动模块相连，在驱动模块的驱动下令上旋翼和下旋翼转动，产生升力；动力及飞控模块为驱动模块提供动力，数据链天线电气连接到动力及飞控模块，实现动力及飞控模块与地面控制站之间的数据与指令传输；

图像载荷安装在动力及飞控模块的外侧，用于采集攻击目标的图像，末敏子弹与末敏子弹敏感器安装在无人机的底部，末敏子弹敏感器用于敏感攻击目标。

上旋翼与下旋翼采用复合材料制造。

上旋翼和下旋翼尺寸相同，共轴旋转且旋转方向相反。

上旋翼和下旋翼的间距H与旋翼直径D满足以下关系：H≥0.324D。

储存或携带状态下，上旋翼与下旋翼均沿机身轴线折叠，且均与机身轴线平行。

飞行状态下，上旋翼与下旋翼在驱动模块的作用下旋转展开，完全展开后均与机身轴线垂直。

一种共轴反桨无人机反坦克系统，包括：地面测控设备以及无人平台，地面测控设备遥控控制无人平台对坦克进行攻击，所述无人平台采用所述可折叠共轴反桨无人机实现。

一种基于所述可折叠共轴反桨无人机实现的打击方法，步骤如下：

(1)无人机的上旋翼与下旋翼在驱动模块的作用下旋转展开，产生升力令无人机垂直起飞；

(2)无人机起飞后到达目标高度后图像载荷开始工作搜索目标，发现目标后，将目标图像通过数据链天线回传给地面测控设备；

(3)通过回传的目标图像对目标进行甄别，确认目标后发送控制指令给无人机，无人机通过数据链天线接收控制指令并传递给动力及飞控模块；

(4)动力及飞控模块计算目标方位和目标距离并传递给地面测控设备，根据目标方位目标距离判断是否满足投放条件，满足投放条件后，由地面侧控设备下发投放指令；如果不满足投放条件，则控制无人机进行机动，直至满足投放条件；

(5)无人机接收到投放指令后，将末敏子弹投放，末敏子弹投放后，减速伞打开，同时，末敏子弹敏感器开始敏感目标，探测到目标后末敏子弹击发毁伤目标；

(6)无人机投放末敏子弹后，在地面控制设备的控制下降落回收。

所述图像载荷采用光电摄像头实现。目标高度为300-400m。

本发明与现有技术相比带来的优点为：

(1)通过垂直起降的无人平台将末敏弹药携带到目标区域，通过人在回路确定目标方位后，将子弹释放由子弹完成打击。

(2)采用末敏子弹进行打击，降低了对末端导引的需求。是一种低沉本、高效费比的打击模式。

(3)采用电池驱动，具备低特征、低可探测性的特点；

(4)采用末敏子弹进行贯顶攻击、降低飞行平台对末段导引的精度要求，实现低成本化；

(5)与常规反坦克武器相比，具备一定的区域控制能力；

(6)使用简单、便于携带、具备垂直起降能力，便于快速介入战场；无需直瞄，降低操作手被发现机率。

附图说明

图1为共轴无人机结构示意图；

图2为共轴无人机立体示意图；

图3为反坦克系统示意图；

图4为共轴无人机打击示意图；

图5为打击方法流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种可折叠共轴反桨无人机及打击方法。主要由单兵背负，旋翼可折叠，针对3-5km范围内坦克、装甲车辆等硬目标。主要由飞行平台与末敏子弹药组成，通过飞行平台携带末敏子弹药飞抵目标区域，在发现目标坦克或装甲车辆后将子弹释放，由末敏子弹实现贯顶攻击。飞行平台采用可折叠共轴旋翼设计，具备垂直起降能力，通过电池驱动，飞行高度300-400m,最大飞行半径6km。

如图1、图2所示，本发明提出了一种可折叠共轴反桨无人机，该无人机包括：数据链天线1、上旋翼2、上旋翼桨夹3、驱动模块4、下旋翼桨夹5、下旋翼6、动力及飞控模块7、图像载荷8、末敏子弹9、末敏子弹敏感器10；

上旋翼2和下旋翼6分别通过上旋翼桨夹3和下旋翼桨夹5与驱动模块4相连，在驱动模块4的驱动下令上旋翼2和下旋翼6转动，产生升力；动力及飞控模块7为驱动模块4提供动力，数据链天线1电气连接到动力及飞控模块7，实现动力及飞控模块7与地面控制站之间的数据与指令传输；

图像载荷8安装在动力及飞控模块7的外侧，用于采集攻击目标的图像，末敏子弹9与末敏子弹敏感器10安装在无人机的底部，末敏子弹敏感器10用于敏感攻击目标。

上旋翼2和下旋翼6的间距H与旋翼直径D满足以下关系：H≥0.324D。

为了减重，上旋翼2与下旋翼6采用复合材料制造。上旋翼2和下旋翼6尺寸相同，共轴旋转且旋转方向相反。储存或携带状态下，上旋翼2与下旋翼6均沿机身轴线折叠，且均与机身轴线平行。飞行状态下，上旋翼2与下旋翼6在驱动模块4的作用下旋转展开，完全展开后均与机身轴线垂直。

如图3所示，一种共轴反桨无人机反坦克系统，其特征在于包括：地面测控设备以及无人平台，地面测控设备遥控控制无人平台对坦克进行攻击，所述无人平台采用上述可折叠共轴反桨无人机实现，该可折叠共轴反桨无人机又可以细分为旋翼结构、动力系统、链路系统、图像载荷、飞控及电气系统、末敏子弹。其中末敏子弹是挂载在无人机上的，可以看做无人机的一部分。

无人机携带末敏子弹药飞抵目标区域，在发现目标坦克或装甲车辆后将子弹释放，由末敏子弹实现贯顶攻击。飞行平台采用共轴旋翼设计，具备垂直起降能力，通过电池驱动，飞行高度300-400m,最大飞行半径6km。当确定目标方位以及距离达到末敏子弹药毁伤半径后，将子弹抛撒。由末敏子弹对目标进行打击。末敏子弹作用距离100-150m。有效覆盖面域半径85m。

在携行状态下旋翼可向机体方向折叠储存于储运筒中，在需要起飞时取出打开发射支架，电机启动后，螺旋桨在离心力作用下展开，当转速到达一定后，旋翼平台起飞执行搜索打击任务。

无人机起飞后，通过链路与图像载荷将无人机平台的视角回传值地面测控设备，由人在回路操控无人机平台航迹。当发现目标后将末敏子弹投放，旋翼平台即可降落。

如图4、图5所示，基于上述可折叠共轴反桨无人机，本发明更进一步的还提出了一种打击方法，步骤如下：

1、无人机的上旋翼2与下旋翼6在驱动模块4的作用下旋转展开，产生升力令无人机垂直起飞；

2、无人机起飞后到达目标高度后图像载荷8开始工作搜索目标，发现目标后，将目标图像通过数据链天线1回传给地面测控设备；本发明中图像载荷采用光电摄像头实现。

3、通过回传的目标图像对目标进行甄别，确认目标后发送控制指令给无人机，无人机通过数据链天线1接收控制指令并传递给动力及飞控模块7；

4、动力及飞控模块7计算目标方位和目标距离并传递给地面测控设备，根据目标方位目标距离判断是否满足投放条件，满足投放条件后，由地面侧控设备下发投放指令；如果不满足投放条件，则控制无人机进行机动，直至满足投放条件；

5、无人机接收到投放指令后，将末敏子弹9投放，末敏子弹9投放后，减速伞11打开，同时，末敏子弹敏感器10开始敏感目标，探测到目标后末敏子弹击发毁伤目标；

6、无人机投放末敏子弹9后，在地面控制设备的控制下降落回收。

末敏弹药主要由红外或毫米波敏感器、爆炸成型-自锻破片战斗部、减速机构组成。在被释放后的减速探测过程中，探测的轨迹会形成由外而内封闭的阿基米德螺线。一旦末敏弹探测到目标，就会引爆战斗部形成自锻破片(空心聚能爆炸成型药丸)，从上方击穿坦克的装甲。

本发明实现的无人机其主要指标如下：

起飞质量：20kg；

携行状态尺寸：φ140*900mm；

续航时间：10min；

操控半径：3-5km；

巡航高度：200-300m；

最大航程：6km；

控制方式：程控+遥控

子弹包络：φ100*360mm

子弹重量：6-8kg；

穿甲深度：60-80mm；

目标速度特性：≤8m/s；

投放高度：200-300m；

无人平台起飞重量20kg,可携带末敏子弹药6-8kg。续航10min，可以覆盖半径3km范围内的区域。通过末敏子弹贯顶攻击有效穿甲厚度在60-80mm。目前主流主战坦克顶装甲厚度在20-40mm。因此，采用该种方式可以有效毁伤坦克等装甲目标。

主要优势有以下几点：

a、采用电池驱动，具备低特征、低可探测性的特点；

b、采用末敏子弹进行打击、降低飞行平台对子弹抛撒精度要求，实现低成本化；

c、使用简单、便于携带、具备垂直起降能力，便于快速介入战场；

d、无需直接瞄准，降低操作手被发现机率。

本发明书未详细阐述部分为属于本领域公知技术。

Claims (2)

1.一种可折叠共轴反桨无人机，其特征在于包括：数据链天线(1)、上旋翼(2)、上旋翼桨夹(3)、驱动模块(4)、下旋翼桨夹(5)、下旋翼(6)、动力及飞控模块(7)、图像载荷(8)、末敏子弹(9)、末敏子弹敏感器(10)；

上旋翼(2)和下旋翼(6)分别通过上旋翼桨夹(3)和下旋翼桨夹(5)与驱动模块(4)相连，在驱动模块(4)的驱动下令上旋翼(2)和下旋翼(6)转动，产生升力；动力及飞控模块(7)为驱动模块(4)提供动力，数据链天线(1)电气连接到动力及飞控模块(7)，实现动力及飞控模块(7)与地面控制站之间的数据与指令传输；

图像载荷(8)安装在动力及飞控模块(7)的外侧，用于采集攻击目标的图像，末敏子弹(9)与末敏子弹敏感器(10)安装在无人机的底部，末敏子弹敏感器(10)用于敏感攻击目标；

上旋翼(2)与下旋翼(6)采用复合材料制造；

上旋翼(2)和下旋翼(6)尺寸相同，共轴旋转且旋转方向相反；

上旋翼(2)和下旋翼(6)的间距H与旋翼直径D满足以下关系：H≥0.324D；

储存或携带状态下，上旋翼(2)与下旋翼(6)均沿机身轴线折叠，且均与机身轴线平行；

飞行状态下，上旋翼(2)与下旋翼(6)在驱动模块(4)的作用下旋转展开，完全展开后均与机身轴线垂直；

所述可折叠共轴反桨无人机主要指标如下：

起飞质量：20kg；

携行状态尺寸：φ140*900mm；

续航时间：10min；

操控半径：3-5km；

巡航高度：200-300m；

最大航程：6km；

控制方式：程控+遥控

子弹包络：φ100*360mm

子弹重量：6-8kg；

穿甲深度：60-80mm；

目标速度特性：≤8m/s；

投放高度：200-300m；

通过所述可折叠共轴反桨无人机进行打击，具体为：

(1)无人机的上旋翼(2)与下旋翼(6)在驱动模块(4)的作用下旋转展开，产生升力令无人机垂直起飞；飞行高度300-400m,最大飞行半径6km；

(2)无人机起飞后到达目标高度后图像载荷(8)开始工作搜索目标，发现目标后，将目标图像通过数据链天线(1)回传给地面控制站；

(3)通过回传的目标图像对目标进行甄别，确认目标后发送控制指令给无人机，无人机通过数据链天线(1)接收控制指令并传递给动力及飞控模块(7)；

(4)动力及飞控模块(7)计算目标方位和目标距离并传递给地面控制站，根据目标方位目标距离判断是否满足投放条件，满足投放条件后，由地面控制站下发投放指令；如果不满足投放条件，则控制无人机进行机动，直至满足投放条件；

(5)无人机接收到投放指令后，将末敏子弹(9)投放，末敏子弹(9)投放后，减速伞打开，同时，末敏子弹敏感器(10)开始敏感目标，探测到目标后末敏子弹击发毁伤目标；末敏子弹作用距离100-150m；有效覆盖面域半径85m；

(6)无人机投放末敏子弹(9)后，在地面控制站的控制下降落回收。

2.一种共轴反桨无人机反坦克系统，其特征在于包括：地面控制站以及无人平台，地面控制站遥控控制无人平台对坦克进行攻击，所述无人平台采用如权利要求1所述可折叠共轴反桨无人机实现。

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