一种下无人机运载与弹射装置

申请号 CN201710215896.9 申请日 2017-04-05 公开(公告)号 CN106965913A 公开(公告)日 2017-07-21
申请人 西北工业大学; 发明人 梁景奇; 党建军; 莫慧黠;
摘要 一种 水 下无人机运载与弹射装置,由外部壳体、开盖系统、弹射系统组成。外部壳体通过尾部爆炸 螺栓 断裂实现尾部分离下沉使装置产生偏转 力 矩以达到所需的无人机发射 角 ,内舱通过抽 真空 达到密封效果,通过爆炸螺栓断裂与高压气体冲击相结合使得前盖开启,通过高压气瓶放气推动 活塞 沿 导轨 迅速上升将无人机弹出装置,这样便实现了水下潜射无人机的运送和发射功能,本 发明 避免了当前运载装置体积庞大、控制系统复杂等缺点,采用较简单的机械设计做到了在水面倾斜发射,且采用内外压差密封法保证了良好的气密性,结构简单、成本低。
权利要求

1.一种下无人机运载装置,主要由外部壳体、弹射系统和开盖系统构成,其特征是:
通过壳体分离产生偏转矩实现运载装置的偏转;通过真空与两位三通电磁的配合实现舱内密封于开盖;通过高压气瓶放气冲击活塞实现无人机的弹射。
2.根据权利要求1所述的一种水下无人机运载装置,其特征在于所述的外部壳体系统由头部段、圆柱段、后部收缩段和尾段壳体组成;整体流体动力外形似鱼雷,头部为平头,尾部为球尾且固连有六片稳定鳍,头部段与圆柱段、圆柱段与后部收缩段壳体均采用螺纹连接,螺纹连接口套入O型密封圈,后部收缩段与尾段采用螺栓连接,螺栓采用无碎片爆炸螺栓,除此之外两者还连有一根金属拖缆,拖缆分别连接尾部端面中心和收缩段下端面边沿,端面刻有导线槽存放拖缆,收缩段的导线槽装有滑,滑块可以在槽里来回滑动以改变拖缆的固定位置,不同的固定位置会产生不同的偏转力矩,得到不同的发射度。
3.根据权利要求1所述的一种水下无人机运载装置,其特征在于所述的开盖系统由顶盖、与顶盖铰链的壳体、抽打两用真空泵、小型储气罐、电磁阀、压力传感器以及通气导管组成;真空泵和小型储气罐置于圆柱段底部的储气室内,储气罐出口为电磁阀,储气罐与真空泵通过通气导管相连,真空泵通过导管连有两位三通电磁阀,电磁阀一端连接底部高压气瓶,一段通过置于导轨内部的导气管通入上部无人机放置区,顶盖与下部的壳体采用铰链和螺栓的双链接,螺栓采用无碎片爆炸螺栓,顶盖内侧装有小型压力传感器,外侧有四个螺栓装配孔,顶盖与壳体的密封采用压差密封,舱盖周围有一圈空心密封胶条,与舱盖相接的壳体刻有一圈凹槽,装配时真空泵使内仓保持真空,舱盖密封胶条压缩变形直到完全扣紧密封,装置内外保持较大压力差,真空泵抽取的气体由通气导管存入小型储气罐,前盖启动打开时,真空泵向前舱打气,爆炸螺栓断裂,气体冲开前盖释放无人机,压力不足时底部高压气瓶通过两位三通阀向前舱供气。
4.根据权利要求1所述的一种水下无人机运载装置,其特征在于所述的弹射系统由高压气瓶、气瓶隔板、单向电磁阀、储气室、滑动活塞、活塞导轨、无人机适配器、固定环组成;
高压气瓶固连于圆柱段仓底部,瓶口装有单向电磁阀,其上为气瓶隔板与周围仓壁固连,气瓶侧面有一开口,开口装有单向电磁阀并通过导气管与两位三通电磁阀相连,气瓶隔板上为储气室,储气室上端为一可滑动活塞,活塞两侧与仓壁导轨滑动相接,活塞上端面连有无人机适配器,适配器通过滑轮也与导轨相接触,气瓶隔板上端面、滑动活塞下端面、导轨下端面共同构成一密闭空间,导轨上端终点处装有固定环。

说明书全文

一种下无人机运载与弹射装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水下运载平台,具体为一种水下无人机运载与弹射装置。

背景技术

[0002] 现代海洋探测或战争对抗中,深处水下的人或设备常需要侦察海面以上的空域环境和舰船行驶情况,传统的潜望镜、浮标以及声呐都不能对海面或空中做到大范围侦察或探测,而潜射无人机可以依靠其飞行高度实现对海平面以上环境大范围、有效的探测;要从水下直接将无人侦察机发射至空中必须克服水中很大的阻,对无人机的动力和密封性都提出了很高的要求,现阶段技术条件难以达到,更为常规的方法是采用一种类似鱼雷的回转体运载装置,无人机装在运载装置中,通过潜艇发射上浮至水面后择机弹射无人机。
[0003] 目前国内外类似的运载装置大多限于运载并发射潜射导弹。导弹发射与无人机发射有着显著不同,导弹发射既可垂直发射也可倾斜发射,其对发射度没有特别的要求,而一般的固定翼小型无人机采用桨叶推进,为保证其有足够的升力成功升空,一般只采用倾斜发射,这样的特点使得无人机运载装置在弹射时必须与水平面保证一定的角度,这是与潜射导弹运载器最大的不同。
[0004] 要解决的技术问题
[0005] 本发明的目的是克服现有技术和装置的不足,提供一种可回收式水下无人机运载与弹射装置,该装置可以搭载小型无人机由水下一定深度释放,自行上浮出水,出水后在水面调整一定发射角后开盖弹射无人机升空。成本低廉,可靠性高。
[0006] 技术方案
[0007] 为实现上述目的,采用以下技术方案实现:该运载平台主要由外部壳体、弹射系统和开盖系统构成。外部壳体包括头部段、圆柱段、后部收缩段和尾段,整体流体动力外形似鱼雷,头部为平头,尾部为球尾且固连有六片稳定鳍以保证水下航行姿态稳定,整个运载平台采用无动力、无控、密封设计,完全依靠正浮力驱动自由上浮,既无螺旋桨也无机,整个壳体设计总重力为总浮力的百分之八十,以保证有足够的正浮力出水,并保证一定的出水深度,头部段与圆柱段、圆柱段与后部收缩段壳体均采用螺纹连接,螺纹连接口套入O型密封圈以保证防水密封效果,后部收缩段与尾段采用螺栓连接,螺栓采用无碎片爆炸螺栓,除此之外两者还连有一根金属拖缆,拖缆分别连接尾部端面中心和收缩段下端面边沿,端面刻有导线槽存放拖缆,壳体均采用金属材料,尾部采用密度大于水的金属材料使其具有负浮力,其他部分应用密度小于水的金属材料以提供正浮力,运载装置由水下发射经过一定时间上浮后垂直出水漂浮,待装置接收到无人机发射指令后尾部爆炸螺栓自爆断裂,尾部在负浮力作用下竖直下沉,直到拉紧与收缩段相连的金属拖缆,由于拖缆另一端连在端面边沿,并非圆心,因此拉紧后会给予本竖直漂浮的装置壳体一个偏转力矩,使其发生倾斜偏转,进而达到无人机所要求的发射角度,收缩段的导线槽装有滑,滑块可以在槽里来回滑动以改变拖缆的固定位置,根据静力学力矩平衡原则,不同的固定位置会产生不同的偏转力矩,得到不同的发射角度。
[0008] 所述的开盖系统由顶盖、与顶盖铰链的壳体、抽打两用真空、小型储气罐、电磁、压力传感器以及通气导管组成;其中真空泵和小型储气罐置于圆柱段底部的储气室内,储气罐上设有控制气流进出的电磁阀,储气罐与真空泵通过通气导管相连,真空泵通过导管连有两位三通电磁阀,电磁阀一端连接底部高压气瓶,一段通过置于导轨内部的导气管通入上部无人机放置区,真空泵既可以抽取无人机放置仓内的气体,也可以向舱内注入高压气体,顶盖与下部的壳体采用铰链和螺栓的双链接方式,螺栓采用无碎片爆炸螺栓,既保证顶盖的开闭也保证不会壳体分离,顶盖内侧装有小型压力传感器以检测壳体内部气压,外侧有四个螺栓装配孔以装配爆炸螺栓,顶盖与壳体的密封采用压差密封,舱盖周围有一圈空心密封胶条,与舱盖相接的壳体刻有一圈凹槽以实现与胶条的契合。装配时通过真空泵将内仓抽为真空,舱盖的密封胶条会不断压缩变形直到完全扣紧密封,装置内外保持较大压力差,真空泵抽取的气体由通气导管存入小型储气罐,开盖时,真空泵通过导气管向前舱打气,待压力足够时爆炸螺栓断裂,气压将前盖冲开释放无人机,压力不足时底部高压气瓶可通过两位三通阀向前舱供气。
[0009] 所述的弹射系统由高压气瓶、气瓶隔板、单向电磁阀、储气室、滑动活塞、活塞导轨、无人机适配器、固定环组成;高压气瓶固连于圆柱段仓底部,瓶口装有单向电磁阀,其上为气瓶隔板与周围仓壁固连,气瓶侧面有一开口,开口装有单向电磁阀并通过导气管与两位三通电磁阀相连,气瓶隔板上为储气室,储气室上端为一可滑动活塞,活塞两侧与仓壁导轨滑动相接,活塞上端面连有无人机适配器,适配器通过滑轮也与导轨相接触。气瓶隔板上端面、滑动活塞下端面、导轨下端面共同构成一密闭空间,导轨上端终点处装有固定环。
[0010] 有益效果
[0011] 1.传统无动力无控装置一般只能做到垂直漂浮发射,本发明相比传统装置做到了漂浮姿态角的可调节。
[0012] 2.本装置仅采用“抛尾”以改变总重心位置的方式改变漂浮姿态角,不需要借助螺旋桨及舵机等设备,成本低廉,可靠性高。
[0013] 3.本装置开盖系统采用内外压差密封方式,密封效果更好,机械结构更简单且能与弹射系统通过两位三通阀相互配合,保证顺利开盖。
[0014] 4.顶盖螺栓连接和尾部拖缆连接可以保证整个装置始终为一个整体,方便回收再利用。附图说明
[0015] 图1:运载平台外部壳体总体示意图;
[0016] 图2:壳体头部顶盖结构示意图;
[0017] 图3:壳体后部收缩段结构示意图;
[0018] 图4:壳体尾部结构示意图;
[0019] 图5:壳体出水抛尾调整姿态结束示意图;
[0020] 图6:圆柱段内部总体结构示意图;
[0021] 图7:圆柱段底部主要结构示意图;
[0022] 其中:1-顶盖;2-与顶盖铰链的壳体;3-圆柱段壳体;4-后部收缩段壳体;尾段壳体与尾鳍;6-通讯拖缆;7-顶盖螺栓装配孔;8-顶盖爆炸螺栓;9-顶盖压力传感器;10-铰链;11-空心密封胶条;12-胶条装配槽;13-导线槽;14-尾部螺栓装配孔;15-导线槽滑块;16-拖缆存放槽;17-尾部拖缆连接挂钩;18-尾部爆炸螺栓;19-尾部连接拖缆;20-吸排气口;21-固定环;22-折翼无人机;23-无人机适配器;24-圆柱段壳壁;25-活塞导轨;26-活塞;27-两位三通电磁阀;28-储气室;29-气瓶隔板;30-高压气瓶;31-气瓶侧向单向阀;32-气瓶正向单向阀;33-通气导管;34-真空泵;35-泵后通气导管;36-小型储气罐;37-高压气瓶压力传感器;38-适配器滑轮;39-储气罐阀

具体实施方式

[0023] 下面结合附图并举实施例对本发明进行详细描述。
[0024] 本水下无人机运载与弹射装置主要由外部壳体、密封开盖系统和弹射系统组成;外部壳体外形如图1所示,包括顶盖1,与顶盖铰连的头部壳体2,圆柱段壳体3,后部收缩段壳体4,尾段和尾鳍5;该装置由潜艇或其他水下设备发射,尾部拖一条通讯回收缆6始终与母体设备相连;壳体内部为中空,柱段3用于存放无人机及其弹射设备,头部1、2为密封与开盖处,收缩段4主要存放电子与通讯设备;顶盖1与壳体2采用铰链10和爆炸螺栓8的双连接模式,保证开盖且顶盖不与壳体分离,壳体2和柱段壳体3、壳体3与收缩段壳体4均采用内螺纹装配,且套有O型橡胶圈保证密封,收缩段壳体4与尾部5采用爆炸螺栓18装配保证尾部5能与壳体4分离,同时还连有一根金属拖缆19,装配时拖缆存放在拖缆存放槽16中,拖缆一端与尾部壳体5端面中心的挂钩17相连,另一端通过导线槽13与导线槽滑块15相连,滑块15可以在槽内来回滑动以改变位置;本装置采用正浮力驱动上浮,并采用改变总重心的方式使壳体在漂浮时产生偏转力矩发生偏转以达到无人机要求的发射角度,因此壳体1-4采用密度小于水的金属材料确保足够的正浮力,尾部5采用密度大于水的金属材料使其具有负浮力;当运载装置由水下发射后,其在正浮力作用下上浮出水,由于其浮心在重心之上,出水后会保持垂直漂浮姿态;当装置收到姿态调整信号时,爆炸螺栓18断裂,尾部壳体5与壳体4分离,在负浮力作用下壳体5竖直下沉,直到拉紧与壳体4相连的金属拖缆,由于滑块15并不在壳体轴心,此时装置的总重心位置改变,不再处于轴线上,总重心相对浮心产生偏转力矩,使壳体1-4发生偏转;根据静力学力矩平衡原则,待力矩重新平衡时偏转停止;滑块15放置于不同位置会产生不同的偏转力矩,进而使壳体产生不同的偏转角度。
[0025] 待装置达到所要求的无人机发射角度时,开盖系统随即工作;开盖之前应确保舱内完全密封,本装置采用内外压差密封法保证密封效果,即在顶盖1与壳体2之间采用铰链10连接保证一体性,采用爆炸螺栓8装配保证密封性和能瞬间断开;前盖1有一圈空心密封胶条11,壳体2上刻有一圈胶条装配槽12,装配时,首先盖上盖子并压紧,在压紧的过程中密封胶条11发生形变,产生密封效果;完全压紧盖子后通过螺栓装配孔7将4枚爆炸螺栓依次装入并扭紧,此时顶盖1已完全装配好,内部抽打两用真空泵35将舱内迅速抽为真空,真空泵通过抽排气口20将空气通过导管33、两位三通电磁阀27上口和左口、导管35送入小型储气罐36中,储气罐口接有电磁阀39控制气体进出;可以通过顶盖处压力传感器9判断舱内压力;抽真空完成后密封工作完成,舱内外保持较大压差使得顶盖与壳体始终紧密贴合;舱体出水收到开盖指令后,真空泵35工作,将小型储气罐36中的气体通过导气管35、两位三通阀
27左口和上口,导气管33,排气口20通入前舱,若经压力传感器9反馈未达到将前盖顶开所需气压,两位三通阀27左口关闭,下口打开,高压气瓶30中的气体通过单向阀31、导气管33、两位三通阀27的下口和上口、排气口20通入前舱,直到压力传感器9显示前舱气压满足开盖所需压力,此时单向阀31、两位三通阀27闭合,爆炸螺栓8断裂,舱内高压将前盖1向外顶开,开盖完成;
[0026] 开盖后,前舱压力瞬间降为大气压,弹射系统开始工作;弹射系统的核心部件为弹射活塞26,活塞两侧与导轨25相接合,活塞可以在导轨上上下滑动。活塞上部为无人机适配器23,适配器通过滑轮38也与导轨相连,其同样可以在导轨上滑动;气瓶隔板29、活塞下端面26、筒壁和导轨25下端面共同构成一个密闭空间,即储气室28,活塞上端面为存放无人机的前舱;接收到弹射信号后,单向阀31关闭,单向阀32打开,高压储气瓶30内的高压气体瞬间由单向阀32进入储气室28中,推动活塞26迅速向上移动,活塞26也推动适配器23以及无人机22向上移动,导轨末端装有固定环21,可卡住适配器23和活塞26,只保证无人机发射出管,弹射完成。
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