CN111137467A

CN111137467A - 基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统

Info

Publication number: CN111137467A
Application number: CN202010073207.7A
Authority: CN
Inventors: 李梓荣; 杨延平; 张子健
Original assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Current assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2020-05-12

Abstract

本发明公开了一种基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，包括：组合式无人机，设置有飞控系统；高空气球，通过绳索与该组合式无人机相连接；切绳器，固定于该组合式无人机的背部，且该绳索连接至该切绳器；其中，该组合式无人机通过高空气球的浮力升至预定高度后进入巡航状态。本发明提供的该基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，待气球连同组合无人机升空至预定高度即遥控切绳器将绳索切断使气球与无人机分离，来完成组合式无人机的投放，节省了一般的组合式无人机在地面滑跑或弹射起飞时所耗费的能量。

Description

基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统

技术领域

本发明涉及飞行器控制技术领域，尤其涉及一种基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统。

背景技术

组合式柔性无人机是一种结构创新型的无人飞行器，能够通过切换组合与分离的飞行状态，兼顾高空长航时无人机大展弦比、高升阻比、长续航能力和小型集群无人机的低费用、高机动性、灵活结构、分布式部署的优点。此外，有希望解决高空长航时大展弦比无人机柔性大、易产生震颤、气动失效的问题，以及解决集群无人机升限低、航程短的缺点。从气动设计上讲，这种构型的无人机能够大幅提高飞机展弦比、大幅降低单机翼尖涡带来的诱导阻力、显著提高升阻比，从而拓展飞机升限；从结构上讲，局部柔性结构与多舵面主动控制结合，能够显著对阵风起到减缓作用，提高飞行器的稳定性；能够在多个单机上实现载荷的灵活分配，针对多样化的任务需求，在不同单机上搭载相同或不同设备，构成空间大范围分布式专一任务能力或者立体的综合编队任务能力。

对这种组合式无人机，其巡航高度较高，从地面滑跑或弹射起飞将使飞机在低空非额定工况下飞行较长时间，需要耗费较多能量用于起飞和爬升，因此显著降低飞机续航能力，使用球载方式直接将飞机吊升至工作高度释放是一种更加适当的起飞方式，但是需要针对组合式无人机特点开发一种专用的球载吊挂发射技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于组合式无人飞行器的的球载吊挂发射系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

有鉴于此，本发明提供了一种基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其包括：

高空气球；

组合式无人机，设置有飞控系统；以及

绳索，实现高空气球与组合式无人机的连接；

其中，组合式无人机通过高空气球的浮力升至预定高度后脱离该高空气球的控制进入巡航状态；

和/或，发射基站，发射信号至该飞控系统。

进一步的，其中：

一些实施例中，该发射基站还包括：一支架，该支架的顶端设有限位器，该限位器从绳索中段将该组合式无人机吊起。

一些实施例中，该绳索具有一吊点，该吊点处连接多股子绳索，各股子绳索分别连接至组合式无人机的各个单机。

一些实施例中，该吊点为一金属框架。

一些实施例中，进一步还包括：

子绳索与单机通过一切绳器连接。

一些实施例中，该切绳器包括：

螺栓，设置有螺纹；

分离段，设置有内螺纹，且该内螺纹与该螺栓的螺纹相啮合；

分离环，套接于该分离段外侧，用于约束分离段；

活塞，设置于该分离环和分离段之间；

起爆器，该起爆器起爆时推动该活塞，解除对分离段的约束，使螺栓和分离段脱离；以及

基座，螺栓贯穿该基座并与分离段相连。

一些实施例中，绳索通过螺栓和分离段固定于该切绳器中。

一些实施例中，飞控系统控制该起爆器的起爆。

一些实施例中，该组合式无人机的每两个单机间初始相对角度设置为[0°，45°]，且组合式无人机在单机上绳索的挂点为前后交错。

本发明提供的该基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，具有以下有益效果：

(1)本发明中使用高空气球使组合式无人飞行器升至高空再进入巡航状态，节省了传统的无人飞行器在从地面滑跑或弹射起飞的过程中耗费的能量，同时该部分能量可更多的使用在无人机的空中巡航过程中，进一步显著增长无人机的续航能量，提升无人机的巡航效率；

(2)本发明中组合式无人机中相邻单机机翼翼尖设计成凹/凸等腰三角形对称翼形，同时，各单机上绳索挂点采取前后交错布置方法，可进一步提高吊挂时全机的稳定以及整体空中飞机姿态的稳定性，减少倾覆危险；

(3)本发明系统中设置切绳器，易于实现高空气球控制下整个系统中绳索的断开与连接；

(4)本发明的组合式无人机不限于特定数量单机，任意的多架组合无人机都可以通过该技术吊挂发射；

(5)完成本发明基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，结构简单，易于投放，成本低。

附图说明

图1是本发明实施例组合式无人飞行器球载吊挂系统的地面状态示意图；

图2是本发明实施例组合式无人飞行器机身挂载的切绳器的结构示意图；

图3是本发明实施例组合式无人飞行器球载吊挂系统的空中状态示意图；

图4是本发明实施例组合式无人飞行器球载吊挂系统的发射流程框图；

图5是本发明实施例组合式无人飞行器中各个单机的相对位置分布示意图。

图中：

高空气球 1 绳索 2

组合式无人机 3 发射车 4

限位锁 5 吊点 6

螺栓 71 基座 72

分离环 73 起爆器 75

分离段 76 活塞 77

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步说明。

本发明提供了一种基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，具体地，包括：

高空气球；

组合式无人机，设置有飞控系统；以及

绳索，实现高空气球与组合式无人机的连接；

其中，组合式无人机通过高空气球的浮力升至预定高度后脱离该高空气球的控制进入巡航状态。

一些实施例中，该球载吊挂发射系统还包括一发射基站，发射信号至上述飞控系统；

本实施例中，组合式无人飞行器球载吊挂发射系统主要由发射基站部分(发射车4)、飞机部分(组合式无人机3)和气球部分(高空气球1)组成。系统整体地面状态如图1所示，发射车4的支架顶端设有限位器，用于固定绳索及飞机位置，高空气球充气升空过程中限位器打开。具体地，在地面由发射车4从绳索2中段将组合式无人机3吊起，另端未充气高空气球1可置于地面，并在地面状态下由发射基站将连接的飞机和气球发射升空，利用高空气球的浮力将组合式无人飞行器升至预定高度后断开连接，飞行器在下落过程中完成拉起转平飞，后进入正常巡航状态。至此，球载吊挂投放过程完成。

一些实施例中，该绳索具有一吊点6，该吊点6处引出多股子绳索，各股子绳索分别连接至组合式无人机的各个单机，

进一步的，一些实施例中：

子绳索与单机通过一切绳器连接。

本实施例中，从高空气球1尾部引出绳索2后连接多股子绳索，组合式无人机的每个单机都设置有一切绳器，各股子绳索通过该切绳器与各个单机间实现连接。

一些实施例中，该切绳器包括：

螺栓，设置有螺纹；

分离环，套接于该分离段外侧，用于约束分离段；

活塞，设置于该分离环和分离段之间；

起爆器，该起爆器起爆时推动该活塞，解除对分离段的约束，并使螺栓和分离段脱离；以及

基座，螺栓贯穿该基座与分离段相连。

本实施例中，如图2所示为机身挂载的切绳器的示意图，绳索2与螺栓71固连，通过螺栓71实现与基座的紧固，基座72固定于无人机机身，连接螺栓71的螺纹与分离段76的内螺纹啮合，分离环73从外部约束分离段76，使分离段76与螺栓71的螺纹间不会发生径向移动，基座内部装有火药用于起爆分离。分离时，起爆器75起爆，由火药燃气驱动，推动活塞77使分离环73沿轴向移动解除约束，从而使分离段76沿径向往外移动与螺栓71的螺纹脱离，释放螺栓71，从而使绳索2脱离组合式无人机3。需要说明的是，在具体实施过程中，起爆器的起爆不仅限于此处提到的火药燃气驱动，亦可通过气压或其他作用驱动，在此不受限制。

一些实施例中，该绳索通过螺栓和分离段固定于切绳器中。

基于上述组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，如图3为该球载吊挂发射系统气球部分和飞机部分升至空中时状态，由高空气球1尾部引出绳索2，绳索2在吊点6处分为多股，逐一将绳索末端与切绳器上的螺栓71固连后与组合式无人机3各个单机机身处的切绳器通过螺纹连接。

本实施例中，此处绳索2的吊点6也可改为金属框架形式，气球通过绳索吊升金属框架，从金属框架多个点位处平行引出绳索与并联式无人机连接。

一些实施例中，由上述飞控系统控制切绳器中的起爆器起爆。

本实施例中，如图4所示为组合式无人飞行器球载吊挂发射流程图，在地面布置发射车支撑未发射球载系统，在该状态下进行系统各部分检查无误后即可开始发射，向高空气球1中充气后气球即开始上升，高空气球1进入上升阶段时打开发射车4的支架处的限位锁5，撤出支架，负载即由高空气球1承担，气球吊挂系统升至预定高度时由发射车4发出信号，由飞控系统接收信号后触发切绳器的起爆器，使螺栓与切绳器分离，从而分离高空气球部分与飞机部分，分离后飞机调整姿态，实现拉起转平飞，进入正常飞行状态。

本实施例中，如图5所示为组合式无人机中各个单机相对位置分布示意图，相邻无人机机翼翼尖设计成凹/凸等腰三角形对称翼形，两架或多架无人机采用柔性机械结构连接在一起，组合式无人机在O_yz平面内呈有限自由度模态运动，相邻无人机在O_xz平面可呈有限的扭转。在未发射状态时设定各单机间初始相对角度α为特定值，范围为[0°，45°]，令吊升时整机呈上反姿态，重心移至机体上方，提高系统整体稳定性，使吊升时飞机姿态保持稳定。同时，各单机上绳索挂点采取前后交错布置方法，可进一步提高吊挂时飞机姿态稳定性，减少倾覆危险。需要说明的是，根据飞机尺寸、重心及飞机数量、位置等因素可调整各机间的该角度α。

本发明不局限于上述实施例及示意图中所示的五架飞机连接发射，通过本发明所提供的方法，可实现多架飞机吊挂发射。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，凡是在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、改进和等同替换等，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，包括：

高空气球；

组合式无人机，设置有飞控系统；以及

绳索，实现所述高空气球与所述组合式无人机的连接；

其中，所述组合式无人机通过高空气球的浮力升至预定高度后脱离该高空气球的控制进入巡航状态。

2.根据权利要求1所述的基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，还包括：

发射基站，发射信号至所述飞控系统。

3.根据权利要求2所述的基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，所述发射基站还包括：

一支架，所述支架的顶端设有限位器，所述限位器从绳索中段将所述组合式无人机吊起。

4.根据权利要求3所述的基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，所述绳索具有一吊点，所述吊点处连接多股子绳索，各股子绳索分别连接至所述组合式无人机的各个单机。

5.根据权利要求4所述的基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，所述吊点为一金属框架。

6.根据权利要求4或5所述的基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，还包括：

所述子绳索与所述单机通过一切绳器连接。

7.根据权利要求6所述的基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，所述切绳器包括：

螺栓，设置有螺纹；

分离段，设置有内螺纹，且所述内螺纹与所述螺栓的螺纹相啮合；

分离环，套接于所述分离段外侧，用于约束分离段；

活塞，设置于所述分离环和分离段之间；

起爆器，所述起爆器起爆时推动所述活塞，解除对分离段的约束，使所述螺栓和分离段脱离；以及

基座，所述螺栓贯穿该基座与并所述分离段相连。

8.根据权利要求7所述的基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，所述绳索通过所述螺栓和分离段固定于所述切绳器中。

9.根据权利要求8所述的基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，所述飞控系统控制所述起爆器的起爆。

10.根据权利要求9所述的基于组合式无人飞行器的球载吊挂发射系统，其特征在于，所述组合式无人机的每两个单机间初始相对角度设置为[0°，45°]，且所述组合式无人机在单机上绳索的挂点为前后交错。