CN112340029B - 一种机载无人机布撒筒的装置及其抛射方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及布撒筒的抛射装置，具体涉及一种机载无人机布撒筒的抛射方法与装置。现有的机载无人机布撒器主要采用电磁式进行抛射，长期存放过程中存在爆炸物失效、对环境要求高的问题。本发明装置主要由固定机构、储能机构、锁紧机构、解锁机构四部分组成；采用机械式抛射，通过手柄将人所施加的动能转化为螺旋压缩弹簧弹性势能并储存，在抛射时，利用电信号控制电动伸缩杆来释放弹性势能，最后将螺旋压缩弹簧弹性势能转化为布撒筒的动能。

Description

一种机载无人机布撒筒的装置及其抛射方法

技术领域

本发明涉及布撒筒的抛射装置，具体涉及一种机载无人机布撒筒的抛射方 法与装置。

背景技术

目前，机载无人机布撒器主要采用电磁式进行抛射，有关文献也公开了电 磁抛射装置，虽然该装置具有高效、轻质、运行简便等优点，但在过程中容易 被电磁波干扰而导致无法抛射或无人机无法达到初速度。且该抛射装置在低温 等极端环境下可靠性较低。也有部分布撒器采用爆炸式进行抛射，虽然具有较 高能量，但在长期存放过程中存在爆炸物失效、对环境要求高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种机载无人机布撒筒的抛射方法与装置。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种机载无人机布撒 筒的装置，其特征在于：包括相对设置的两个侧板，两个侧板之间通过层板连 接，两个侧板的两侧边分别对称设置有若干对用于放置筒装无人机的半圆形槽， 每对筒装无人机之间设置有用于推出筒装无人机的储能推出装置。

进一步，储能推出装置包括山脊型的机架，所述的山脊型的机架设置于每 对筒装无人机之间，两端固设置于两侧板上，两侧板上还设置有与机架相平行 的转动轴，转动轴上固设有与山脊型的机架凹面个数相同的滑轮和一个锁盘， 所述的锁盘的一侧面上设置有与伸缩电磁的伸缩杆相配合的孔，所述的山脊型 的机架的每个凸出面上纵向平行设置有两个背板，两个背板之间设置有导向轮， 与凸出面相对的面上分别设置有弧形推块，弧形推块的弧形面与筒装无人机的外壁相接触，所述的弧形推块通过绳索穿过机架绕过导向轮缠绕于滑轮上，所 述的弧形推块与机架之间设置有弹簧。

进一步，相对弧形推块的山脊型的机架上设置有套筒，弹簧设置于套筒内。

进一步，绳索通过锁钩与弧形推块连接。

进一步，转动轴与侧板相接触处设置有滚动轴承，转动轴上固连有手柄 (14)，手柄(14)设置于侧板外侧。

进一步，伸缩电磁阀固设置于层板上。

进一步，滑轮上设置有“U”型的约束环，绳索固设于约束环上。

进一步，导向轮设置有2个。

一种机载无人机布撒筒的装置的抛射方法，其特征在于：抛射方法步骤为：

装填：转动手柄带动转动轴转动，滑轮和锁盘随转动轴转动，滑轮转动缠 绕绳索，这时弧形推块被绳索拉紧，锁盘旋转，伸缩电磁阀的伸缩杆卡入锁盘 的定位孔内，锁盘停止旋转，绳索收紧实现弹簧的压缩并锁紧处于储能状态， 将筒装无人机装入半圆形槽，之后用预应力绳将筒装无人机固定在推块上；

抛撒：电动伸缩杆接收到电信号之后收缩伸缩杆，转动轴处于自由转动状 态，推块不再受到来自绳索的拉力作用，弹簧自由释放，预应力绳在弹力作用 下被拉断，实现筒装无人机释放。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、本发明的牵引速度即抛撒时布撒器的航向速度为170-200m/s，同时实现 布撒筒的多个无人机两两抛射而不产生干涉，抛射速度即筒装无人机离开布撒 器的速度≥2m/s；

2、适应性强：广泛适用于各种机载无人机的抛射；

3、可靠性高：采用机械式储能及螺旋压缩弹簧的释放，可有效避免因电磁 干扰、低温等极端环境下的干扰问题；

4、灵活性高：针对不同的设计要求，如初速度，质量等，可通过螺旋压缩 弹簧的性能设计选用来满足；

5、检修方便：不同螺旋压缩弹簧具有独立性，方便更换检修。

附图说明：

图1为机载无人机布撒筒抛射装置结构示意图；

图2为机载无人机布撒筒储能与锁紧机构；

图3为机载无人机布撒筒解锁机构；

图4为机载无人机布撒筒机架；

图5为锁盘与伸缩电磁阀的连接示意图；

标记说明：1、侧板；2、筒装无人机；3、套筒；4、锁钩；5、上层板； 6、转动轴；7、滑轮；8、锁盘；9、伸缩电磁阀；10、绳索；11、导向轮； 12、滚动轴承；13、背板；14、手柄；15、机架；16、弧形推块；17、下 层板；18、螺旋压缩弹簧；19、通讯接口；20、螺栓；21、约束环。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

本发明提供一种机载无人机布撒筒的装置，包括相对设置的两个侧板1， 两个侧板1之间通过上层板5和下层板17连接，两个侧板1的两侧边分别对称 设置有2对用于放置筒装无人机2的半圆形槽，2对筒装无人机2之间设置有 用于推出筒装无人机2的储能推出装置。

上述储能推出装置包括山脊型的机架15，山脊型的机架15设置于每对筒 装无人机2之间，两端通过螺栓20固设置于两侧板1上，两侧板上还设置有与 机架15相平行的转动轴6，转动轴6与侧板相接触处设置有滚动轴承12，转动 轴上固连有手柄14，手柄14设置于侧板外侧，转动轴6上固设有与山脊型的 机架15凹面个数相同的滑轮7和一个锁盘8，所述的锁盘8的一侧面上设置有 与伸缩电磁9的伸缩杆配合的孔，所述的山脊型的机架15的每个凸出面上纵向平行设置有两个背板13，两个背板13之间设置有2个导向轮11，与凸出面相对的面上分别设置有弧形推块16，弧形推块16的弧形面与筒装无人机2的外 壁相接触，所述的弧形推块16通过绳索10穿过机架15绕过导向轮11缠绕于 滑轮7上，滑轮7上设置有“U”型的约束环21，绳索10固设于约束环21上， 相对弧形推块16的山脊型的机架15上设置有套筒3，螺旋压缩弹簧18设置于套筒3内。

上述绳索10通过锁钩4与弧形推块16连接。

上述伸缩电磁阀9设置有2个，分别固设置于上下层板上。

上述伸缩电磁阀9选用JN125微型电动升缩杆，额定电压、行程、速度、 极限负载分别为24V、20mm、20mm/s、2000N。

一种机载无人机布撒筒的装置的抛射方法，其特征在于：抛射方法步骤为：

装填：转动手柄14带动转动轴6转动，滑轮7和锁盘8随转动轴6转动， 滑轮7转动缠绕绳索10，这时弧形推块16被绳索10拉紧，锁盘8旋转，伸缩 电磁阀9的伸缩杆卡入锁盘8的定位孔内，锁盘8停止旋转，绳索10收紧实现 弹簧18的压缩并锁紧处于储能状态，将筒装无人机2装入半圆形槽，之后用预 应力绳将筒装无人机2固定在推块16上；

抛撒：电动伸缩杆9接收到电信号之后收缩伸缩杆，转动轴6随即在力矩 作用下发生转动，解除绳索10预应力，推块16在弹簧18的推力下发生横向位 移，弹簧18自由释放，预应力绳在弹力作用下被拉断，实现筒装无人机2的释 放。

本实施例共装填4枚筒装无人机；筒装无人机与布撒器可靠连接及安全释 放；筒装无人机与布撒器分离后不得与布撒器本机和其它筒装无人机发射碰撞； 筒装无人机质量M≤17kg；抛射方式：侧抛；抛射间隔：150ms；牵引速度： 170-200m/s；抛射速度：≥2m/s。

本发明包括固定机构、储能机构、锁紧机构、解锁机构四部分组成；采用 机械式抛射，通过手柄将人所施加的动能转化为螺旋压缩弹簧弹性势能并储存， 在抛射时，利用电信号控制伸缩电磁阀来释放弹性势能，最后将螺旋压缩弹簧 弹性势能转化为布撒筒的动能。

上述储能机构主要依靠手柄的转动实现螺旋压缩弹簧储能。

上述预应力绳在螺旋压缩弹簧释放过程中因应力集中而实现筒装无人机的 释放，可有效解决筒装无人机的固定问题。

上述伸缩电磁阀9和锁盘8来控制储能及释放过程中螺旋压缩弹簧的锁紧 与释放。

上述系统在侧板处预留有一定数量的通讯接口19且不会对其他机构产生干 涉。

本发明技术要求：

共装填4枚筒装无人机；筒装无人机与布撒器可靠连接及安全释放；筒装 无人机与布撒器分离后不得与布撒器本机和其它筒装无人机发射碰撞；筒装无 人机质量M≤17kg；抛射方式：侧抛；抛射间隔：150ms；牵引速度：170-200m/s； 抛射速度：≥2m/s。

为实现技术要求，布撒器的可行性和螺旋压缩弹簧的性能设计如下：

1.确定满足抛射条件(m＝17kg，v₁＝2m/s)的能量论证

根据能量守恒定律：E_P＝E_K，得：

一个筒采用5只螺旋压缩弹簧进行推射，推程初步拟定为0.02m，所以螺旋 压缩弹簧的刚度系数为：

螺旋压缩弹簧的最大工作推力为：F＝KX＝34000×0.02＝680N

有5只螺旋压缩弹簧推射，螺旋压缩弹簧推射做功过程是变力，所以取平 均力，筒的加速度为

完成推射所用时间：

完成推射位移：

2.螺旋压缩弹簧设计论证

确定螺旋压缩弹簧相关参数，需要满足以下条件：螺旋压缩弹簧刚度系数 K＝34N/mm，工作行程为X2＝20mm，最大推力为F2＝680N。

计算过程如下：

根据螺旋压缩弹簧所受载荷性质，选用硅锰钢60Si2MnA。

螺旋压缩弹簧中径：初定D₂＝30mm

许用应力：[τ]＝64kgf/mm²

最大工作载荷：F2＝680N＝69.3kgf

KC3值：

旋绕比：查表得C＝6.4

螺旋压缩弹簧直径：

采用的旋绕比：

螺旋压缩弹簧外径：D＝D₂+d＝30+5＝35

极限负荷：

压并负荷：F₃＝1.1F_j＝95.3取F₃＝95kgf

初安装负荷：F₁＝0.2F_j＝17.3取F₁＝18kgf

螺旋压缩弹簧刚度：

变形量：

有效圈数：

支撑圈数：n₂＝1.5

总圈数：n₁＝n+n₂＝8

压并高度：H_b＝(n₁-0.5)d＝37.5mm＜40mm，满足空间压缩要求

自由高度：H₀＝H_b+X₃＝64.6mm

螺旋压缩弹簧节距：

高径比：采用两端固定，不会失稳。

螺旋压缩弹簧参数如下表：

3.储能论证

储能采用省力机构实现。

压缩一个筒的螺旋压缩弹簧装置需要的最大力为：F筒 ＝5F2＝5X680＝3400N，2个筒同时压缩储能需要的力为：F总＝2F筒 ＝2X3400＝6800N，采用50倍的省力机构，需要136N的力，手动完全可以实现 储能。

在完成论证后具体实现过程如下：

1.收紧螺旋压缩弹簧储能

摇动上层手柄使轴转动30°，轴的转动带动刚性绳向滑轮内收紧，螺旋压 缩弹簧被推块压缩，当到达预定位置时，电动伸缩杆弹出并卡在锁盘上，实现 螺旋压缩弹簧的储能。下层同上。

2.装无人机

将水平相对的无人机放到固定机构的对应位置，用预应力绳将筒装无人机 固定在侧板。

3.抛射无人机

需抛射无人机时，当需要抛射下层两个无人机时，发出信号给电动升缩杆， 电动升缩杆缩回，螺旋压缩弹簧的弹性势能带动轴旋转，刚性绳索从滑轮内释 放，同时，螺旋压缩弹簧和推块使得筒装无人机沿预定轨道运动，完成抛射。 同时，在下层无人机抛射的时间间隔150ms内，同理完成上层的无人机的抛射。

以上所述仅是本发明的优选实施例，并非用于限定本发明的保护范围，应 当指出，对本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对其进 行若干改进与润饰，均应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机载无人机布撒筒的装置，其特征在于：包括相对设置的两个侧板（1），两个侧板（1）之间通过层板连接，两个侧板（1）的两侧边分别对称设置有若干对用于放置筒装无人机（2）的半圆形槽，每对筒装无人机（2）之间设置有用于推出筒装无人机（2）的储能推出装置；

所述的储能推出装置包括山脊型的机架（15），所述的山脊型的机架（15）设置于每对筒装无人机（2）之间，两端固设置于两侧板（1）上，两侧板上还设置有与机架（15）相平行的转动轴（6），转动轴（6）上固设有与山脊型的机架（15）凹面个数相同的滑轮（7）和一个锁盘（8），所述的锁盘（8）的一侧面上设置有与伸缩电磁阀（9）的伸缩杆相配合的孔，所述的山脊型的机架（15）的每个凸出面上纵向平行设置有两个背板（13），两个背板（13）之间设置有导向轮（11），与凸出面相对的面上分别设置有弧形推块（16），弧形推块（16）的弧形面与筒装无人机（2）的外壁相接触，所述的弧形推块（16）通过绳索（10）穿过机架（15）绕过导向轮（11）缠绕于滑轮（7）上，所述的弧形推块（16）与机架（15）之间设置有弹簧（18）。

2.根据权利要求1所述的一种机载无人机布撒筒的装置，其特征在于：相对弧形推块（16）的山脊型的机架（15）上设置有套筒（3），弹簧（18）设置于套筒（3）内。

3.根据权利要求1或2所述的一种机载无人机布撒筒的装置，其特征在于：所述的绳索（10）通过锁钩（4）与弧形推块（16）连接。

4.根据权利要求3所述的一种机载无人机布撒筒的装置，其特征在于：所述的转动轴与侧板相接触处设置有滚动轴承（12），转动轴上固连有手柄（14），手柄（14）设置于侧板外侧。

5.根据权利要求4所述的一种机载无人机布撒筒的装置，其特征在于：所述的伸缩电磁阀（9）固设置于层板上。

6.根据权利要求5所述的一种机载无人机布撒筒的装置，其特征在于：所述的滑轮（7）上设置有“U”型的约束环（21），绳索（10）固设于约束环（21）上。

7.根据权利要求6所述的一种机载无人机布撒筒的装置，其特征在于：所述的导向轮（11）设置有2个。

8.根据权利要求1所述的一种机载无人机布撒筒的装置的抛射方法，其特征在于：抛射方法步骤为：

装填：转动手柄（14）带动转动轴（6）转动，滑轮（7）和锁盘（8）随转动轴（6）转动，滑轮（7）转动缠绕绳索（10），这时弧形推块（16）被绳索（10）拉紧，锁盘（8）旋转，伸缩电磁阀（9）的伸缩杆卡入锁盘（8）的定位孔内，锁盘（8）停止旋转，绳索（10）收紧实现弹簧（18）的压缩并锁紧处于储能状态，将筒装无人机（2）装入半圆形槽，之后用预应力绳将筒装无人机（2）固定在推块（16）上；

抛撒：电动伸缩杆（9）接收到电信号之后收缩伸缩杆，转动轴（6）处于自由转动状态，推块（16）不再受到来自绳索（10）的拉力作用，弹簧（18）自由释放，预应力绳在弹力作用下被拉断，实现筒装无人机（2）释放。