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CN110567326B - 一种固定翼-旋翼复合无人机 - Google Patents

一种固定翼-旋翼复合无人机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种固定翼‑旋翼复合无人机，包括弹头、弹体和弹尾；弹头包括外壳和布置在外壳内的摄像头以及聚能射流战斗部；弹体上装有机翼和弹体旋翼；弹尾上装有聚能EFP战斗部、尾翼和尾部旋翼。本发明提供的一种固定翼‑旋翼复合无人机，综合集成了巡航探测、追踪攻击、悬停打击等多种功能。

Description

一种固定翼-旋翼复合无人机
技术领域
本发明涉及一种固定翼-旋翼复合无人机，属于无人机技术领域。
背景技术
随着旋翼无人机技术提升，无人机可搭载设备重量提升，在现代化战争中能够发挥越来越重要的作用。但是现有的旋翼无人机采用旋翼飞行，其速度极慢，不能形成有效的满足对机动目标的打击，即是是对地面目标打击，因为其速度过慢，给对手形成了较长的反应时间，从而导致攻击失败。
发明内容
本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种综合集成巡航探测、追踪攻击、悬停打击等多种功能的固定翼-旋翼复合无人机。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种固定翼-旋翼复合无人机，包括弹头、弹体和弹尾；弹头包括外壳和布置在外壳内的摄像头以及聚能射流战斗部；弹体上装有机翼和弹体旋翼；弹尾上装有聚能EFP战斗部、尾翼和尾部旋翼；
机翼能够展开和收回，当机翼展开时，机翼与弹体垂直；当机翼收回时，机翼与弹体平行；
尾翼能够展开和收回，当尾翼展开时，尾翼与弹尾垂直；当尾翼收回时，尾翼朝尾翼后方延伸，并与弹尾平行；
弹体旋翼通过第一连接杆连接弹体；第一连接杆能够展开和收回；当第一连接杆展开时，第一连接杆与弹体垂直；当第一连接杆收回时，第一连接杆容纳于弹体内，第一连接杆能够以自身轴心为轴进行转动；弹体旋翼与第一连接杆之间装有第一矢量控制机构；第一矢量控制机构包括与第一连接杆铰接的第一支架和与第一支架铰接的第二支架；第一支架和第二支架的铰轴相互垂直，第一支架的铰轴还与第一连接杆的轴线垂直；第二支架上装有驱动弹体旋翼的第一驱动轴，弹体旋翼铰接在第一驱动轴上，弹体旋翼能够在与第一连接杆的轴线平行和垂直的位置间移动；
尾部旋翼通过第二连接杆连接弹尾；第二连接杆能够展开和收回；当第二连接杆展开时，第二连接杆与弹尾垂直；当第二连接杆收回时，第二连接杆朝向弹尾后部延伸；尾部旋翼与第二连接杆之间装有第二矢量控制机构；第二矢量控制机构包括与第二连接杆铰接的第三支架和与第三支架铰接的第四支架；第三支架和第四支架的铰轴相互垂直，第三支架的铰轴还与第二连接杆的轴线垂直；第四支架上装有驱动尾部旋翼的第二驱动轴，尾部旋翼铰接在第二驱动轴上，尾部旋翼能够与第二连接杆的轴线平行和垂直的位置间移动。
上述方案进一步的改进在于：固定翼-旋翼复合无人机为口径180mm，长1200mm的柱形结构。
上述方案进一步的改进在于：机翼的翼展为1600mm。
上述方案进一步的改进在于：弹体旋翼和尾部旋翼的桨叶长度范围为180mm-220mm，桨叶扭转角从桨根到浆尖为从15度降低到4度。
上述方案进一步的改进在于：聚能EFP战斗部包括半球形药罩和圆柱形装药。
上述方案进一步的改进在于：聚能射流战斗部包括喇叭型药罩和圆柱形装药。
本发明提供的固定翼-旋翼复合无人机，综合集成巡航探测、追踪攻击、悬停打击等多种功能。综合运用固定翼飞行器技术、旋翼无人机技术、基于旋翼转动角速度和方向精准控制的矢量推进技术、聚能弹药设计技术、图像快速处置与识别技术等，实现弹药——飞行器的一体化设计，能完成巡航探测、追踪攻击、悬停打击等多种功能。具有对空中目标快速追踪攻击和地面目标悬停打击的模块化聚能战斗单元。全弹由插接机构实现弹头、弹身、弹尾三部分的组装和拆卸，勤务状态下为一圆柱体结构，可采用管射武器平台发射进入战斗飞行状态，也可由控制系统调整三个旋翼的姿态实现垂直起降进入战斗飞行状态。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明一个优选的实施例结构示意图。
图2是图1的全折叠模式结构示意图。
图3是图1的前飞模式结构示意图。
图4是图1中的第一和第二矢量控制机构结构示意图。
具体实施方式
本实施例的固定翼-旋翼复合无人机，如图1包括：弹头1、弹体2和弹尾3；弹头1包括外壳和布置在外壳内的360度全景摄像头以及聚能射流战斗部；弹体2上装有机翼4和弹体旋翼5；弹尾3上装有聚能EFP战斗部8、尾翼7和尾部旋翼9。
机翼4能够展开和收回，当机翼4展开时，机翼4与弹体2垂直；当机翼4收回时，机翼4与弹体2平行。
尾翼7能够展开和收回，当尾翼7展开时，尾翼7与弹尾3垂直；当尾翼7收回时，尾翼7朝弹尾3后方延伸，并与弹尾3平行。
弹体旋翼5通过第一连接杆6连接弹体2；第一连接杆6能够展开和收回；当第一连接杆6展开时，第一连接杆6与弹体2垂直；当第一连接杆6收回时，第一连接杆6容纳于弹体2内，第一连接杆6能够以自身轴心为轴进行转动；弹体旋翼5与第一连接杆6之间装有第一矢量控制机构。弹体旋翼5以及连接结构相对称的布置在弹体2两边。
尾部旋翼9通过第二连接杆10连接弹尾3；第二连接杆10能够展开和收回；当第二连接杆10展开时，第二连接杆10与弹尾3垂直；当第二连接杆10收回时，第二连接杆10朝向弹尾3后部延伸；弹尾旋翼与第二连接杆之间装有第二矢量控制机构。
第一和第二矢量控制机构结构一致，因此参照图4，以第一矢量控制机为例进行说明，第一矢量控制机构包括与第一连接杆铰接的第一支架11和与第一支架铰接的第二支架12；第一支架11和第二支架12的铰轴相互垂直，第一支架11的铰轴还与第一连接杆6的轴线垂直；第二支架12上装有驱动弹体旋翼5的驱动轴13，弹体旋翼5铰接在驱动轴13上，弹体旋翼5能够在与第一连接杆6的轴线平行和垂直的位置间移动。
则同样的，第二矢量控制机构包括与第二连接杆铰接的第三支架和与第三支架铰接的第四支架；第三支架和第四支架的铰轴相互垂直，第三支架的铰轴还与弹尾的轴线垂直；第四支架上装有驱动尾部旋翼9的驱动轴，尾部旋翼9铰接在驱动轴13上，尾部旋翼9能够在与第二连接杆10的轴线平行和垂直的位置间移动。
飞行器一体化巡飞弹为口径180mm，长1200mm的柱形结构。
机翼4的翼展为1600mm，本实施例中采用了两对机翼的设计，根据实际需要可以进行其他数量和布局的设计。
弹体旋翼5和尾部旋翼9的桨叶采用大螺距桨叶；长度范围为180mm-220mm，桨叶扭转角从桨根到浆尖为从15度降低到4度。驱动采用最大输出工况为8000RPM的电机。
聚能EFP战斗部8包括半球形药罩和圆柱形装药。
聚能射流战斗部包括喇叭型药罩和圆柱形装药。
飞行器一体化巡飞弹能够在全折叠模式、前飞模式和悬停模式之间切换。
当飞行器一体化巡飞弹处于全折叠模式时，如图2，机翼4收回，处于与弹体2平行的位置；第一连接杆6收回，容纳于弹体2，弹体旋翼5收回，处于与第一连接杆6的轴线平行的位置；第二连接杆10收回，处于朝向弹尾3后部延伸的位置；尾部旋翼9收回，处于与第二连接杆10的轴线平行的位置。此时，可以通过管射武器平台发射。
通过管射武器平台发射并达到一定高度和速度后，飞行器一体化巡飞弹展开进入前飞模式；如图3，当飞行器一体化巡飞弹处于前飞模式时，机翼4展开，处于与弹体2垂直位置；第一连接杆6展开，处于与弹体2垂直位置，弹体旋翼5展开，处于与第一连接杆6的轴线垂直的位置；第二连接杆10收回，处于与弹尾3同轴的位置；尾部旋翼9展开，处于与第二连接杆10的轴线垂直的位置；第一连接杆6和第一矢量控制机构驱动弹体旋翼5朝向前方，第二矢量控制机构驱动尾部旋翼9朝向后方。在前飞模式时，弹头安装的360度全景摄像头探测到空中或地面目标时，控制系统控，调整弹体旋翼5和尾部旋翼9的角速度和方向，快速、准确接近目标，引爆弹体头部位置的聚能装药战斗部，打击该目标。为了更稳定的飞行，尾翼可以安装4个，在展开时，形成十字形。
当摄像头探测到地面目标（如坦克等），控制系统调整旋翼的状态，使巡飞弹转为悬停状态，引爆弹尾3位置的聚能EFP战斗部8，由形成的爆炸成型弹丸攻击敌地面目标的顶甲，达到摧毁敌目标的目的。如图1，当飞行器一体化巡飞弹处于悬停模式时，机翼4展开，处于与弹体2垂直位置；第一连接杆6展开，处于与弹体2垂直位置，弹体旋翼5展开，处于与第一连接杆6的轴线垂直的位置；第二连接杆10展开，处于垂直于弹尾2的位置；尾部旋翼9展开，处于与第二连接杆10的轴线垂直的位置；第一连接杆6和第一矢量控制机构驱动弹体旋翼5朝向上方，第二矢量控制机构驱动尾部旋翼9朝向上方。悬停模式同时可以作为启动飞行状态，也即不使用发射平台，而直接由旋翼进行垂直起降。
本实施例的飞行器一体化巡飞弹进入作战飞行状态后，可以通过装备的360度全景摄像头遂行战场环境侦察任务，还可以通过装备的模块化聚能战斗部实施对空中机动目标的追踪攻击，对地面机动目标实施悬停打击。遂行侦察任务时，控制系统精准控制尾部旋翼转动角速度和方向，实现平稳巡航飞行，由弹头部安装的摄像系统进行战场环境侦察和目标识别与捕获；当发现敌方空中机动目标时，控制系统精准控制安装在弹身段的两个旋翼以及弹体尾部旋翼的转动角速度大小和方向，利用三个旋翼的动力实现矢量推进，准确、快速接敌，引爆安装在弹头的聚能战斗部，攻击敌目标；发现地面机动目标时，控制系统精准控制全弹的三个旋翼姿态，实现弹体悬停，引爆安装在弹尾的聚能战斗部，打击敌目标。
本实施例立足军队和地方设计需求实际，紧抓赛事重点，把握结构巧妙、功能多样、分层便携的特点，参照巡飞弹和旋翼机型，查找大量资料，紧紧围绕无人机设计和航弹设计规则，确定整体思路，对于成品预判，设定战技指标，有目的性的去选取固定翼型，设计螺旋桨叶，设计整个机身，决策控制系统和设计聚能战斗部，在理论支持的前提下，运用计算机数值模拟技术，对于整个机体做一个全局优化，这样可为之后生产成品减少试验次数，避免不必要的经费损失。
发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种固定翼-旋翼复合无人机，其特征在于，包括：弹头、弹体和弹尾；所述弹头包括外壳和布置在所述外壳内的摄像头以及聚能射流战斗部；所述弹体上装有机翼和弹体旋翼；所述弹尾上装有聚能EFP战斗部、尾翼和尾部旋翼；
所述机翼能够展开和收回，当所述机翼展开时，所述机翼与所述弹体垂直；当所述机翼收回时，所述机翼与所述弹体平行；
所述尾翼能够展开和收回，当所述尾翼展开时，所述尾翼与所述弹尾垂直；当所述尾翼收回时，所述尾翼朝所述尾翼后方延伸，并与所述弹尾平行；
所述弹体旋翼通过第一连接杆连接所述弹体；所述第一连接杆能够展开和收回；当所述第一连接杆展开时，所述第一连接杆与所述弹体垂直；当所述第一连接杆收回时，所述第一连接杆容纳于所述弹体内，所述第一连接杆能够以自身轴心为轴进行转动；所述弹体旋翼与所述第一连接杆之间装有第一矢量控制机构；所述第一矢量控制机构包括与所述第一连接杆铰接的第一支架和与所述第一支架铰接的第二支架；所述第一支架和第二支架的铰轴相互垂直，所述第一支架的铰轴还与所述第一连接杆的轴线垂直；所述第二支架上装有驱动所述弹体旋翼的第一驱动轴，所述弹体旋翼铰接在所述第一驱动轴上，所述弹体旋翼能够在与所述第一连接杆的轴线平行和垂直的位置间移动；
所述尾部旋翼通过第二连接杆连接所述弹尾；所述第二连接杆能够展开和收回；当所述第二连接杆展开时，所述第二连接杆与所述弹尾垂直；当所述第二连接杆收回时，所述第二连接杆朝向所述弹尾后部延伸；所述尾部旋翼与所述第二连接杆之间装有第二矢量控制机构；所述第二矢量控制机构包括与所述第二连接杆铰接的第三支架和与所述第三支架铰接的第四支架；所述第三支架和第四支架的铰轴相互垂直，所述第三支架的铰轴还与所述第二连接杆的轴线垂直；所述第四支架上装有驱动所述尾部旋翼的第二驱动轴，所述尾部旋翼铰接在所述第二驱动轴上，所述尾部旋翼能够与所述第二连接杆的轴线平行和垂直的位置间移动。
2.根据权利要求1所述的固定翼-旋翼复合无人机，其特征在于：所述固定翼-旋翼复合无人机为口径180mm，长1200mm的柱形结构。
3.根据权利要求1所述的固定翼-旋翼复合无人机，其特征在于：所述机翼的翼展为1600mm。
4.根据权利要求1所述的固定翼-旋翼复合无人机，其特征在于：所述弹体旋翼和尾部旋翼的桨叶长度范围为180mm-220mm，桨叶扭转角从桨根到浆尖为从15度降低到4度。
5.根据权利要求1所述的固定翼-旋翼复合无人机，其特征在于：所述聚能EFP战斗部包括半球形药罩和圆柱形装药。
6.根据权利要求1所述的固定翼-旋翼复合无人机，其特征在于：所述聚能射流战斗部包括喇叭型药罩和圆柱形装药。
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