CN110065634A - 基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，属于无人航空飞行器和压缩空气助力冷发射技术领域。属于无人航空飞行器和压缩空气助力冷发射技术领域。无人飞行机器人利用压缩空气为辅助动力进行弹射起飞，无人飞行机器人升空后以涡轮喷射发动机产生的动力为主推力实现无人飞行机器人的水平姿态飞行，以辅助电驱动为辅助动力实现无人飞行机器人的飞行状态改变和垂直升降，无人飞行机器人内部的载荷舱内通过折叠机械臂向空中和地面释放搭载的有效载荷，或通过折叠机械臂抓取或回收地面物品。本发明能够实现两种速度和两种飞行姿态自由转换飞行，大大地提高无人飞行机器人救灾任务多样性和战场的隐身性及生存率。

Description

基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人

技术领域

本发明涉及一种飞行机器人，具体涉及一种冷助力发射的无人飞行机器人，属于无人航空飞行器和压缩空气助力冷发射技术领域。

背景技术

目前已有的军用、民用旋翼无人机中均为单旋翼，多旋翼无人机及其有翼无人飞机都按照有人飞机的技术方案沿革发展而来，或是进行简化人工操作，或进行部分智能化操作。由此可见，现有的无人机无法将直升机悬停优势与有翼飞机的快速飞行相结合，存在救灾与战场飞行任务时飞行速度较慢，增加到达任务区的时间和被对方击落、毁伤的几率。而且在飞行器升空的阶段消耗大量飞行器携带的能源、油料，对飞行器的有效航时不能很好利用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，能够利用辅助动力弹射起飞，实现两种速度和两种飞行姿态自由转换飞行，大大地提高无人飞行机器人救灾任务的多样性和战场的生存率。

一种基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，所述无人飞行机器人利用压缩空气为辅助动力进行弹射起飞，所述无人飞行机器人升空后以涡轮喷射为主推力实现无人飞行机器人的水平姿态飞行，以辅助电驱动为辅助动力实现无人飞行机器人的飞行状态改变和垂直升降；所述无人飞行机器人内部的载荷舱内通过折叠机械臂向空中和地面释放搭载的有效载荷，或通过折叠机械臂抓取或回收地面物品。

进一步地，所述无人飞行机器人的外表面设有T型导轨滑块，所述T型导轨滑块与压缩气体冷助力发射机构进行限位和配合实现无人飞行机器人的弹射起飞。

进一步地，所述无人飞行机器人内部设有涡喷发动机、辅助电涡扇、动力电池和摆动电机，涡喷发动机为无人飞行机器人提供巡航动力，辅助电涡扇为无人飞行机器人提供飞行姿态升力，所述动力电池给辅助电涡扇供电，所述摆动电机在控制模块的控制下驱动辅助电涡扇的摆动角度产生变化的偏转射流力矩使飞行姿态保持巡航平飞或者垂直升降飞行；所述动力电池具有充电和储电的功能。

进一步地，所述涡喷发动机由左右对称布置的两个DSI进气道为涡喷发动机提供进气，涡喷发动机燃烧室内产生的高温燃气经尾喷口喷射向后产生推力的同时作用在电控双通道舵机的舵片上使无人飞行机器人飞行方向、姿态与滚转得到控制，电控双通道舵机的转动角度由控制模块进行控制，控制模块通过陀螺仪对无人飞行机器人的实时位姿数据进行反馈计算出电控双通道舵机和摆动电机的控制量，实现对无人飞行机器人姿态的闭环控制；涡喷发动机的主油箱以保形方式配备在涡喷进气道两侧，为涡喷发动机提供燃料。

进一步地，所述载荷舱搭载的任务载荷包括图像侦查设备，红外侦查设备，小型战斗武器，假目标角反射器、红外干扰施放器、声呐或磁探测浮标及地面小型侦测车辆。

进一步地，所述无人飞行机器人在目标区垂直降落于地面后，由双通道四片控制舵片作为支撑脚垂直向固定无人飞行机器人于地面，无人飞行机器人在卸离载荷舱后自行升空返回，或者将任务舱回收后升空返回。

进一步地，所述无人飞行机器人的弹射起飞由压缩气体冷助力发射机构实现。

进一步地，所述压缩气体冷助力发射机构包括助力发射筒、适配器、回转机构、驱动机构、助力发射架底座、快速冲击充气阀、发射储气筒、快速减压机构和高压储气瓶；

所述助力发射筒安装在助力发射架底座上，发射时根据所需角度转动回转机构到一定角度，发射储气筒通过快速冲击充气阀实现与助力发射筒底部气路的通断，发射储气筒通过快速减压机构向发射储气筒内供气；所述无人飞行机器人通过适配器安装在助力发射筒内部，适配器承载了高速发射时的冲击力，使无人飞行机器人本体与内部机构大大地减轻冲击力；无人飞行机器人的T型滑块与助力发射筒内部的T型槽滑动配合，限制无人飞行机器人的径向位移和周向转动；所述助力发射筒发射无人飞行机器人时按所需的俯仰角度由驱动机构驱动安装在助力发射筒上的回转机构使助力发射筒产生转动来实现，平时以水平状态收起运输。

有益效果：

1、本发明的无人飞行机器人在起飞段所需的能量耗费改由地面高压冷气源高速弹射提供，使本身携带有的能量用于平飞阶段和垂直留空段用于涡喷推力及涡扇转向力的控制使用，因此可以提高留空时间。同时本发明结合了多载荷舱理念，将察、打、地面投放结合一体的组合舱设计，使无人飞行机器人可综合利用空中救灾侦查技术，微波导弹、炸弹顶攻技术，地面侦察车投放与布雷，救灾现场和战场受污染土壤采样和救灾应急品进行投放，能够满足多种应用场景的使用需求。

2、本发明的无人飞行机器人以涡轮喷射发动机作为主推力，涵道式电动涡扇喷射作为姿态换向辅助动力，使得无人飞行机器人既有高速水平巡航所需流线升力型壳体优势，对高速飞行中阻力和横风速的影响较小，同时可以设计雷达反射截面积散射隐形，提高无人飞行机器人的战场生存率。

3、本发明的无人飞行机器人既可以利用双通道四片舵机变换高速飞行姿态，又可以通过辅助电涡扇的摆动实现无人飞行机器人竖直姿态垂直升降和小偏转角空中慢速巡航；使得无人飞行机器人的姿态可根据实际需要进行控制。

4、本发明的无人飞行机器人通过冷发射适配器与流线升力型外形结合，让不同发射高度的需求通过调节发射压力升空到不同高度，由于飞行机器人体的直径大小因需求不同，其按多组不同尺寸进行配合挂装在不同空中平台和地面搭载平台上，可按实际尺寸加装适配器发射飞行机器人，因此具有很强的适配性。

5、本发明通过设置高压轻质储气罐作为冷发射动力源，其与发射装置一体化设置，集成在一组发射筒上，实现多发齐射，节约了构件尺寸。同时使挂载、搭载的使用方便性得到提高，既方便车载、舰船载，又可以在固定位置设置发射阵地。

6、本发明的压缩气体冷助力发射机构通过设置的高压空压机或储气瓶经快速减压阀注入高压轻质储气罐，可根据所需加压力值调节，因此飞行机器人准备起飞之前，按参数表对充气压力调定，就可以改变射高值。发射前的高速冲击阀始终处于关闭状态，使得整个操作过程安全可靠。

附图说明

图1为本发明的无人飞行机器人的结构原理图(主视图)；

图2为本发明的无人飞行机器人的结构原理图(侧视图)；

图3为本发明的压缩气体冷助力发射机构的组成原理图；

图4为无人飞行机器人与助力发射筒的配合关系示意图。

其中，1-机器人壳体、2-辅助电涡扇、3-摆动电机、4-传动机构、5-框架式任务舱、6-任务载荷、7-陀螺仪、8-控制模块、9-动力电池、10-涡喷发动机、11-进气道、12-油箱、13-减速电机、14-电控双通道舵机、15-T型导轨滑块、16-尾喷口、17-无人飞行机器人、18-助力发射筒、19-适配器、20-回转机构、21-驱动机构、22-助力发射架底座、23-快速冲击充气阀、24-发射储气筒、25-快速减压机构、26-高压储气瓶、27-T型槽。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，无人飞行机器人17利用压缩气体冷助力发射机构压缩空气为辅助动力进行弹射起飞，无人飞行机器人17起飞升空后以自身的涡轮喷射为主推力实现无人飞行机器人17的水平飞行，以辅助电驱动为辅助动力实现无人飞行机器人17的飞行变向和垂直升降。

如附图1和2所示，无人飞行机器人17包括机器人壳体1、辅助电涡扇2、摆动电机3、传动机构4、框架式任务舱5、任务载荷6、陀螺仪7、控制模块8、动力电池9、涡喷发动机10、油箱12、减速电机13和电控双通道舵机14；

机器人壳体1采用流线升力型外形，机器人壳体1外表面固定连接用于配合压缩气体冷助力发射机构的T型导轨滑块15。机器人壳体1采用轻质合金做成，机器人壳体1内部各舱段采用纵向排列结构，在空中施放载荷后不改变重心和姿态控制方式，达到最佳飞行效率和留空时间。

机器人壳体1内的上半部分安装框架式任务舱5，框架式任务舱5中搭载任务载荷6，动力电池9设置在框架式任务舱5下方，动力电池9为无人飞行机器人17内部的用电设备供电，动力电池9还具备充电和储电的功能；辅助电涡扇2通过支撑结构安装框架式任务舱5上方的可偏转流道内部，辅助电涡扇2的叶片工作时在可偏转流道内部产生扰动气流，使得无人飞行机器人的姿态发生改变，从水平飞行转换为竖直悬停或升降。摆动电机3与传动机构4相连，传动机构4将转矩传递给辅助电涡扇2，驱动辅助电涡扇2绕垂直于机器人壳体1轴线的转轴旋转，旋转的控制量由控制模块8传递给摆动电机3。

机器人壳体1内的下半部分安装涡喷发动机10，涡喷发动机10由左右对称布置的两个DSI进气道11为涡喷发动机10提供进气，涡喷发动机11燃烧室内产生的高温燃气经尾喷口16喷射后作用在电控双通道舵机14上使无人飞行机器人飞行方向与滚转得到控制，电控双通道舵机14的转动角度由控制模块8控制减速电机13驱动电控双通道舵机14的转动实现，控制模块8通过陀螺仪7对无人飞行机器人17的实时位姿数据进行反馈计算出减速电机13和摆动电机3的控制量，实现对无人飞行机器人17姿态的闭环控制；涡喷发动机10的油箱12以保形方式配备在涡喷进气道11两侧，为涡喷发动机10提供燃料。

如附图3所示，本发明的压缩气体冷助力发射机构包括助力发射筒18、适配器19、回转机构20、驱动机构21、助力发射架底座22、快速冲击充气阀23、发射储气筒24、快速减压机构25和高压储气瓶26；

助力发射筒18垂直安装在助力发射架底座22上，发射储气筒24通过快速冲击充气阀23实现与助力发射筒18底部气路的通断，发射储气筒24通过快速减压机构25向发射储气筒24内供气；如附图4所示，无人飞行机器人17通过适配器19安装在助力发射筒18内部，无人飞行机器人17的T型导轨滑块15与助力发射筒内18部的T型槽27滑动配合，限制无人飞行机器人17的径向位移和周向转动；助力发射筒18发射无人飞行机器人17时所需的俯仰角度由驱动机构21驱动安装在助力发射筒18上的回转机构20使助力发射筒18产生转动来实现。

本发明的无人飞行机器人可在目标区垂直降落于地面，由双通道四片控制舵片作为支撑脚垂直向固定无人飞行机器人。再由多重任务搭载舱开启工作模式，通过任务舱折叠机械手完成地面侦查、布雷、收集污染土壤标本、设立通信信标和为战场急救投送应急物品等工作。在需要长期地面执行任务时，无人飞行机器人可在机械手卸离载荷舱后，主体自行返回。无人飞行机器人也可实现地面仪器、信标和侦查机器人回收任务。

本发明无人飞行机器人可以完成无翼控制空中旋停动作，直至高价值目标出现后进行直接攻击。释放地面任务舱后自行返回发射车附近垂直降落回收，或布网降落回收，无需寻找开阔场地，可在第一线执行任务。

无人飞行机器人具体的壳体直径的大小，按所需任务不同设计为不同型号，其涉及的直径尺寸可由压缩空气发射助力机构带有的不同直径适配器解决，可使不同直径的飞行机器人在一个发射筒/架式压缩空气弹射之上，有较好的通用性，也兼容了其他各种载荷舱的使用。

本发明可设计为单独一个车载单元应用，车载轻质高压储气瓶作为动力源，完成多次发射。也可以采用固定的空气压缩机作为控制气源，安装在固定地点，同时还可固定在舰船某位置上使用，对海发射伪装保护任务所需角反射假目标和红外干扰弹，根据需要一次发射出多个无人飞行机器人，可密集多管发射，可改变冷发射升空高度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，其特征在于，所述无人飞行机器人利用压缩空气为辅助动力进行弹射起飞，所述无人飞行机器人升空后以涡轮喷射为主推力实现无人飞行机器人的水平姿态飞行，以辅助电驱动为辅助动力实现无人飞行机器人的飞行状态改变和垂直升降；所述无人飞行机器人内部的载荷舱内通过折叠机械臂向空中和地面释放搭载的有效载荷，或通过折叠机械臂抓取或回收地面物品。

2.如权利要求1所述的基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，其特征在于，所述无人飞行机器人的外表面设有T型导轨滑块，所述T型导轨滑块与压缩气体冷助力发射机构进行限位和配合实现无人飞行机器人的弹射起飞。

3.如权利要求1所述的基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，其特征在于，所述无人飞行机器人内部设有涡喷发动机、辅助电涡扇、动力电池和摆动电机，涡喷发动机为无人飞行机器人提供巡航动力，辅助电涡扇为无人飞行机器人提供飞行姿态升力，所述动力电池给辅助电涡扇供电，所述摆动电机在控制模块的控制下驱动辅助电涡扇的摆动角度产生变化的偏转射流力矩使飞行姿态保持巡航平飞或者垂直升降飞行。

4.如权利要求3所述的基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，其特征在于，所述涡喷发动机由左右对称布置的两个DSI进气道为涡喷发动机提供进气，涡喷发动机燃烧室内产生的高温燃气经尾喷口喷射向后产生推力的同时作用在电控双通道舵机的舵片上使无人飞行机器人飞行方向、姿态与滚转得到控制，电控双通道舵机的转动角度由控制模块进行控制，控制模块通过陀螺仪对无人飞行机器人的实时位姿数据进行反馈计算出电控双通道舵机和摆动电机的控制量，实现对无人飞行机器人姿态的闭环控制；涡喷发动机的主油箱以保形方式配备在涡喷进气道两侧，为涡喷发动机提供燃料。

5.如权利要求4所述的基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，其特征在于，所述载荷舱搭载的任务载荷包括图像侦查设备，红外侦查设备，小型战斗武器，假目标角反射器、红外干扰施放器、声呐或磁探测浮标及地面小型侦测车辆。

6.如权利要求5所述的基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，其特征在于，所述无人飞行机器人在目标区垂直降落于地面后，由双通道四片控制舵片作为支撑脚垂直向固定无人飞行机器人于地面，无人飞行机器人在卸离载荷舱后自行升空返回，或者将任务舱回收后升空返回。

7.如权利要求1所述的基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，其特征在于，所述无人飞行机器人的弹射起飞由压缩气体冷助力发射机构实现。

8.如权利要求7所述的基于压缩气体冷助力发射的无人飞行机器人，其特征在于，所述压缩气体冷助力发射机构包括助力发射筒、适配器、回转机构、驱动机构、助力发射架底座、快速冲击充气阀、发射储气筒、快速减压机构和高压储气瓶；

所述助力发射筒安装在助力发射架底座上，发射时根据所需角度转动回转机构到一定角度，发射储气筒通过快速冲击充气阀实现与助力发射筒底部气路的通断，发射储气筒通过快速减压机构向发射储气筒内供气；所述无人飞行机器人通过适配器安装在助力发射筒内部，适配器承载了高速发射时的冲击力，使无人飞行机器人本体与内部机构大大地减轻冲击力；无人飞行机器人的T型滑块与助力发射筒内部的T型槽滑动配合，限制无人飞行机器人的径向位移和周向转动；所述助力发射筒发射无人飞行机器人时按所需的俯仰角度由驱动机构驱动安装在助力发射筒上的回转机构使助力发射筒产生转动来实现，平时以水平状态收起运输。