CN109896038B - 无人机弹射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种无人机弹射系统，包括夹持机构、牵引机构、俯仰机构、回转机构、调平机构、导向机构和制动机构。本发明的无人机在静止阶段和弹射阶段时，下转杆中的定位滚珠在下转杆弹簧的弹簧力作用下进入到滚珠卡孔内，实现导轮释放装置的锁死；无人机在释放阶段时，牵引小车挂钩在挂钩槽内滑动，在钢丝绳的作用下使下转杆弹簧压缩，从而使下转杆中的定位滚珠与滚珠卡孔脱离，导轮释放装置顺时针翻转，从而实现无人机的释放。本发明可实现无人机全方位、多角度的发射，使无人机发射更加精准。

Description

无人机弹射系统

技术领域

本发明属于航空装备领域，具体涉及一种无人机弹射系统，能够保障无人机在复杂地貌下实现快速稳定起飞，也可与车载运输平台结合，实现公路铁路的安全运输。

背景技术

目前中小型无人机的起飞因场地限制，多采用弹射装置辅助飞机起飞。现有的无人机弹射系统形式多样，气动弹射、电磁弹射、弹簧弹射等应用的方式较多；而且现有的弹射装置场地适用范围较窄，在飞机与平台脱离过程中，常常由于弹射角度，弹射速度，地形和释放装置故障等因素导致飞机的损坏，不能很好满足无人机起飞的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种性能稳定的无人机弹射系统。本发明的无人机弹射系统采用变频电机拉线环绕的方式，能够实现不同的发射速度要求，采用液压举升装置，通过定位销的使用能够实现俯仰机构的锁定，回转装置能够结合发射场地的风向等气象条件，能够实现全方位、多角度下无人机的安全起飞。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的无人机弹射系统，其包括导向机构、夹持机构、牵引机构、俯仰机构、回转机构和制动机构；所述导向机构包括牵引小车、导轨和加强梁，所述加强梁与导轨固连，牵引小车能在一牵引绳的作用下沿着导轨滑动；所述夹持机构包括机翼支撑板、机身挂钩和导轮释放装置，所述机翼支撑板分别设置在牵引小车的平台两侧，机身挂钩位于牵引小车的平台后部，导轮释放装置通过连接销与牵引小车的平台铰接；所述牵引机构包括变频电机、卷筒轮、电磁铁、缓冲弹簧和导轮；所述变频电机和所述卷筒轮同轴相联固定在所述回转机构上，所述牵引绳绕过固定在所述导轨上的所述导轮与所述卷筒轮相连，所述牵引绳与所述牵引小车通过所述缓冲弹簧相连；所述俯仰机构包括液压油缸、支撑杆和俯仰平台，所述液压油缸的第一端与所述加强梁铰接，所述液压油缸的第二端与所述支撑杆的中部铰接，所述支撑杆的固定端与所述俯仰平台铰接，所述支撑杆的滑动端在位于所述加强梁上的定位导槽里面滑动，所述俯仰平台与所述回转机构相连，通过所述液压油缸的伸缩实现所述俯仰平台的俯仰；所述回转机构包括上转盘、下转盘、行星齿轮组以及位于上转盘和下转盘之间的滚动体，行星齿轮组设置在上转盘和俯仰平台之间并与行星齿轮组相连，下转盘与承载平台相连；所述制动机构包括制动拉杆、缓冲弹簧、牵引小车挂钩、挂钩槽和止推板，制动拉杆与缓冲弹簧相连接并能在所述导轨的导槽中滑动，牵引小车挂钩通过所述钢丝绳与所述导轮释放装置的滑动销相连，牵引小车挂钩能在挂钩槽内滑动并由所述止推板约束其最大位移；以及所述导轮释放装置包括上转杆、下转杆、定位滚珠和滚珠卡孔，所述上转杆和下转杆的相交处设有与牵引小车铰接的连接销，所述上转杆和所述下转杆的内部开有通孔，所述通孔内分别设置有上转杆弹簧和下转杆弹簧，所述通孔的两端分别设有定位滚珠，位于下转杆中的定位滚珠能够卡设在所述滚珠卡孔中；所述无人机在静止阶段和弹射阶段时，下转杆中的定位滚珠在下转杆弹簧的弹簧力作用下进入到滚珠卡孔内，实现导轮释放装置的锁死；所述无人机在释放阶段时，牵引小车挂钩在挂钩槽内滑动，在钢丝绳的作用下使下转杆弹簧压缩，从而使下转杆中的定位滚珠与滚珠卡孔脱离，导轮释放装置顺时针翻转，从而实现无人机的释放。

可优选的是，本发明的无人机弹射系统还包括调平机构，所述调平机构包括承载平台、大臂和伸缩支腿，所述承载平台沿径向方向向外设置有多个大臂，每个所述大臂上设有开口，伸缩支腿能伸缩地穿设在开口中。

进一步，所述电磁铁固定设置在牵引小车的一侧，通电时，通过电磁力与牵引小车吸合；在变频电机的作用下，当牵引力大于电磁力时，牵引小车能在俯仰平台的滑动导轨上滑动，通过调节电磁铁通电电流的大小，能对牵引小车添加不同的初拉力。

可优选的是，所述俯仰平台的定位导槽中设有定位销，通过插入所述定位销能实现俯仰平台的锁紧。

可优选的是，所述牵引小车的上面设有定位卡孔，止推板固连在所述牵引小车的后部。

可优选的是，所述导轮释放装置位于所述牵引小车的前端，所述机翼支撑板分别对称地设置在所述牵引小车的平台两侧。

可优选的是，所述上转杆和所述下转杆为一体制成的L型中空杆。

可优选的是，所述导轮释放装置设置有固定挡板，所述固定挡板与所述上转杆的外壁相连接并能抵靠在所述牵引小车的平台上。

可优选的是，所述行星齿轮组包括电机、行星轮、太阳轮和内齿轮转筒，所述行星轮、太阳轮和内齿轮转筒组成回转轮系。

本发明的无人机弹射系统采用变频电机作为动力源，利用牵引绳、导轮和电磁铁弹射推进，牵引力可控且调整方便；利用行星齿轮减速机和液压油缸对装置的发射角度进行调节，可完成俯仰角度和偏转角度的调节，可实现无人机全方位、多角度的发射，使无人机发射更加精准。调平机构包括伸缩支腿和大臂，可以完成自动调平，可实现全地形的发射要求。采用制动拉杆进行制动，制动缓冲性能好，工作可靠。本发明的无人机弹射系统采用车载电源和泵站提供能量，结构简单，便于运输，可靠性高，使用寿命长。

附图说明

为了直观化展示本发明的具体实施步骤，现将示意图说明如下：

图1为本发明无人机弹射系统的结构示意图；

图2为本发明无人机弹射系统的牵引结构，俯仰机构，制动机构部分示意图；

图3为调平机构的示意图；

图4为夹持机构，导轮释放装置的示意图；

图5A和5B为导轮释放装置示意图；

图6A和6B为俯仰机构，制动机构，导向机构的示意图；

图7为行星齿轮组结构示意图；以及

图8为上转盘，下转盘，滚动体结构示意图。

其中主要附图标记的标号为：

牵引机构100，调平机构200，夹持机构300，俯仰机构400，导向机构500，制动机构600，回转机构700，变频电机101，牵引绳102，导轮103，电磁铁104，缓冲弹簧105，卷筒轮106，牵引小车107，承载平台201，大臂202，伸缩支腿203，机翼支撑板301，机身挂钩302，导轮释放装置303，固定挡板3030，上转杆3031，上转杆弹簧3032，下转杆3033，下转杆弹簧3034，连接销3035，下转杆开口槽3036，滑动销3037，钢丝绳3038，定位滚珠3039，滚珠卡孔304，液压油缸401，支撑杆402，定位导槽403，定位销404，定位孔405，俯仰平台406，导轨501，加强梁502，制动拉杆601，缓冲弹簧602，牵引小车挂钩603，导槽604，挂钩槽605，止推板606，上转盘701，下转盘702，滚动体703，行星齿轮组704，电机7040，行星轮7041，太阳轮7042，内齿轮转筒7043。

具体实施方式

如图1所示，本发明的无人机弹射系统包括牵引机构100、调平机构200、夹持机构300、俯仰机构400、导向机构500、制动机构600和回转机构700。整套装置由车载电源或者泵站提供能量，方便实现多种交通工具的运输。

如图2所示，牵引机构100包括变频电机101、牵引绳102、导轮103、电磁铁104、缓冲弹簧105、卷筒轮106和牵引小车107。变频电机101和卷筒轮106同轴相联固定在回转机构700上，卷筒轮106上的牵引绳102绕过固定在导轨501上的导轮103与缓冲弹簧105相连，缓冲弹簧105与牵引小车107相连，缓冲弹簧105能够保证电机获得一定初速度的条件下，牵引小车107保持不动，从而缩短弹射距离。电磁铁104固定在牵引小车107之后，通电时，通过电磁力与牵引小车107吸合，与此同时在变频电机101的作用下，牵引力大于电磁力时，牵引小车107可在俯仰平台406的滑动导轨501上实现滑动，通过调节电磁铁104通电电流的大小，可以对牵引小车107添加不同的初拉力，采用上述方式，可以得到较大的初始加速度，能够保证在弹射距离有限的情况下最快达到起飞速度，同时，通过调整变频电机101的脉冲频率，可以获得不同的牵引速度。

如图3所示，调平机构200包括承载平台201、大臂202和伸缩支腿203。承载平台201沿径向方向向外设置有多个大臂202，每个大臂202上设有开口，可伸缩的伸缩支腿203穿设在开口中。大臂202的数量可以是三个或者四个等。通过调整伸缩支腿203的高度，以适应全地形的弹射需求。

如图4并参考图1和图2所示，夹持机构300位于牵引小车107上，夹持机构300包括机翼支撑板301、导轮释放装置303和机身挂钩302。机翼支撑板301在牵引小车107的平台两侧对称布置，机身挂钩302位于牵引小车107的平台后部，用于给无人机施加推动力。机翼支撑板301固连在牵引小车107上，用于固定和支撑机翼。

如图5A和图5B所示，其中图5B为沿图5A中的C-C线方向的外形轮廓示意图。导轮释放装置303包括固定挡板3030、上转杆3031、上转杆弹簧3032、下转杆3033、下转杆弹簧3034、连接销3035、下转杆开口槽3036、滑动销3037、钢丝绳3038、定位滚珠3039和滚珠卡孔304。固定挡板3030与上转杆3031的外壁相连接并能抵靠在牵引小车107的平台上。上转杆3031和下转杆3033呈L形设置，上转杆弹簧3032设置在上转杆3031中，下转杆弹簧3034设置在下转杆3033中，连接销3035设置在上转杆3031和下转杆3033的相交处并将导轮释放装置303与牵引小车107的平台铰接。滑动销3037设置在下转杆弹簧3034中，定位滚珠3039位于下转杆3033靠近滚珠卡孔304处。再结合图6A，在无人机静止和弹射阶段，在下转杆弹簧3034弹簧力的作用下使定位滚珠3039进入在滚珠卡孔304内，能够实现导轮释放装置303的锁死，在释放阶段，当牵引小车107即将到达导轨501终点时，牵引小车挂钩603挂在制动拉杆601上，受制动拉杆601的阻力作用，牵引小车挂钩603在挂钩槽605内滑动，在钢丝绳3038的作用下使下转杆弹簧3034压缩，从而使定位滚珠3039与滚珠卡孔304脱离，实现导轮释放装置303顺时针翻转，从而实现无人机的释放。

如图2和图6A所示，俯仰机构400包括液压油缸401、支撑杆402、定位导槽403、定位销404、定位孔405和俯仰平台406。液压油缸401的第一端与加强梁502铰接，液压油缸401的第二端与支撑杆402中部铰接。支撑杆402的固定端与俯仰平台406铰接，支撑杆402的滑动端能在定位导槽403里面滑动。定位孔405和定位导槽403均开在加强梁502上，俯仰平台406与回转机构700相连，通过液压油缸401的收缩可以带动支撑杆402在定位导槽403里面滑动，俯仰机构400升到预定位置时，将定位销404插入定位孔405之后，可以实现俯仰机构400的锁紧，保证弹射过程中整个机构的稳定。

如图2、图6A和图6B所示，本申请的导向机构500包括牵引小车107、导轨501和加强梁502，牵引小车107可在变频电机101和牵引绳102的作用下，沿着导轨501滑动。制动机构600包括制动拉杆601、缓冲弹簧602、牵引小车挂钩603、导槽604、挂钩槽605和止推板606。制动拉杆601与缓冲弹簧602连接后可在导槽604里面实现滑动，导槽604开在导轨501上，牵引小车挂钩603通过钢丝绳3038与导轮释放装置303的滑动销3037相联，并可在挂钩槽605里面滑动，由止推板606约束其最大位移。当牵引小车107即将到达导轨终点时，牵引小车挂钩603挂在制动拉杆601上，受制动拉杆601的阻力作用，牵引小车挂钩603在挂钩槽605内滑动，当牵引小车挂钩603与止推板606接触时，牵引小车挂钩603带动制动拉杆601拉伸缓冲弹簧602，实现牵引小车107的急剧减速直至停车。

如图7和图8所示，回转机构700包括上转盘701、下转盘702、滚动体703和行星齿轮组704。行星齿轮组704包括电机7040、行星轮7041、太阳轮7042和内齿轮转筒7043。上转盘701作为回转机构700的一部分与内齿轮转筒7043相联，下转盘702与承载平台201相连，滚动体703位于上转盘701和下转盘702的环形槽之间，行星齿轮组704位于上转盘701和俯仰平台406之间，通过电机7040的转动带动行星齿轮组704的转动，能够实现上转盘701的转动，从而带动整个回转装置实现回转。

本发明的无人机弹射系统具体工作过程如下：

1、将调平机构200调整到适当位置，将无人机装在牵引小车107上面，无人机的前轮卡在导轮释放装置303上面，机身和机翼分别由机身挂钩302和机翼支撑板301固定。

2、针对重量为20kg的航拍无人机，可承受6级风速，起飞前，测定风向，调整回转机构700到逆风发射方向，以便于无人机起飞，调整俯仰机构400弹射角度设置为18°～25°，调整电磁铁104电流约为40A，使得初始释放拉力约为220N。

3、启动变频电机101，无人机在牵引机构100的作用下沿轨道快速推进，接近行程终点时，牵引小车挂钩603在制动拉杆601的作用下，带动导轮释放装置303顺时针翻转，使无人机前轮释放，无人机起飞，与此同时，牵引小车107在缓冲弹簧602的作用下急剧减速，直至静止。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种无人机弹射系统，其特征在于：其包括导向机构、夹持机构、牵引机构、俯仰机构、回转机构和制动机构；

所述导向机构包括牵引小车、导轨和加强梁，所述加强梁与导轨固连，牵引小车能在一牵引绳的作用下沿着导轨滑动；

所述夹持机构包括机翼支撑板、机身挂钩和导轮释放装置，所述机翼支撑板分别设置在牵引小车的平台两侧，机身挂钩位于牵引小车的平台后部，导轮释放装置通过连接销与牵引小车的平台铰接；

所述牵引机构包括变频电机、卷筒轮、电磁铁、缓冲弹簧和导轮；所述变频电机和所述卷筒轮同轴相联固定在所述回转机构上，所述牵引绳绕过固定在所述导轨上的所述导轮与所述卷筒轮相连，所述牵引绳与所述牵引小车通过所述缓冲弹簧相连；

所述俯仰机构包括液压油缸、支撑杆和俯仰平台，所述液压油缸的第一端与所述加强梁铰接，所述液压油缸的第二端与所述支撑杆的中部铰接，所述支撑杆的固定端与所述俯仰平台铰接，所述支撑杆的滑动端在位于所述加强梁上的定位导槽里面滑动，所述俯仰平台与所述回转机构相连，通过所述液压油缸的伸缩实现所述俯仰平台的俯仰；

所述回转机构包括上转盘、下转盘、行星齿轮组以及位于上转盘和下转盘之间的滚动体，行星齿轮组设置在上转盘和俯仰平台之间，下转盘与承载平台相连；

所述制动机构包括制动拉杆、缓冲弹簧、牵引小车挂钩、挂钩槽和止推板，制动拉杆与缓冲弹簧相连接并能在所述导轨的导槽中滑动，牵引小车挂钩通过钢丝绳与所述导轮释放装置的滑动销相连，牵引小车挂钩能在挂钩槽内滑动并由所述止推板约束其最大位移；以及

所述导轮释放装置包括上转杆、下转杆、定位滚珠和滚珠卡孔，所述上转杆和下转杆的相交处设有与牵引小车铰接的连接销，所述上转杆和所述下转杆的内部开有通孔，所述通孔内分别设置有上转杆弹簧和下转杆弹簧，所述通孔的两端分别设有定位滚珠，位于下转杆中的定位滚珠能够卡设在所述滚珠卡孔中；所述无人机在静止阶段和弹射阶段时，下转杆中的定位滚珠在下转杆弹簧的弹簧力作用下进入到滚珠卡孔内，实现导轮释放装置的锁死；所述无人机在释放阶段时，牵引小车挂钩在挂钩槽内滑动，在钢丝绳的作用下使下转杆弹簧压缩，从而使下转杆中的定位滚珠与滚珠卡孔脱离，导轮释放装置顺时针翻转，从而实现无人机的释放。

2.根据权利要求1所述的无人机弹射系统，其特征在于：还包括调平机构，所述调平机构包括承载平台、大臂和伸缩支腿，所述承载平台沿径向方向向外设置有多个大臂，每个所述大臂上设有开口，伸缩支腿能伸缩地穿设在开口中。

3.根据权利要求1或者2所述的无人机弹射系统，其特征在于：所述电磁铁固定设置在牵引小车的一侧，通电时，通过电磁力与牵引小车吸合；在变频电机的作用下，当牵引力大于电磁力时，牵引小车能在俯仰平台的滑动导轨上滑动，通过调节电磁铁通电电流的大小，能对牵引小车添加不同的初拉力。

4.根据权利要求3所述的无人机弹射系统，其特征在于：所述俯仰平台的定位导槽中设有定位销，通过插入所述定位销能实现俯仰平台的锁紧。

5.根据权利要求3所述的无人机弹射系统，其特征在于：所述牵引小车的上面设有定位卡孔，止推板固连在所述牵引小车的后部。

6.根据权利要求3所述的无人机弹射系统，其特征在于：所述导轮释放装置位于所述牵引小车的前端，所述机翼支撑板分别对称地设置在所述牵引小车的平台两侧。

7.根据权利要求3所述的无人机弹射系统，其特征在于：所述上转杆和所述下转杆为一体制成的L型中空杆。

8.根据权利要求3所述的无人机弹射系统，其特征在于：所述导轮释放装置设置有固定挡板，所述固定挡板与所述上转杆的外壁相连接并能抵靠在所述牵引小车的平台上。

9.根据权利要求3所述的无人机弹射系统，其特征在于：所述行星齿轮组包括电机、行星轮、太阳轮和内齿轮转筒，所述行星轮、太阳轮和内齿轮转筒组成回转轮系。

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