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无人机电磁弹射器联合 制动系统

阅读：242发布：2020-05-22

专利汇可以提供无人机电磁弹射器联合制动系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且为了克服现有技术中弹射器制动距离过长、效率低、冲击大等缺陷，本发明提出了一种无人机电磁弹射器联合制动系统，包括弹射机架以及无人机支撑弹射平台，所述弹射机架上设置有滑轨，无人机支撑弹射平台通过其两侧支撑在弹射机架的滑轨上，无人机支撑弹射平台能够在弹射电机的驱动下沿着滑轨运动，在弹射机架上设置有反接制动单元，且在弹射机架上还设置有液压制动单元和永磁涡流制动单元中的至少一种制动单元。多种制动方式协同联合制动，能在短时间、短距离范围内消耗永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台的动能。，下面是无人机电磁弹射器联合制动系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种无人机电磁弹射器联合制动系统，包括弹射机架以及无人机支撑弹射平台，所述弹射机架上设置有滑轨，无人机支撑弹射平台通过其两侧支撑在弹射机架的滑轨上，无人机支撑弹射平台能够在弹射电机的驱动下沿着滑轨运动，其特征在于：在弹射机架上设置有反接制动单元，且在弹射机架上还设置有液压制动单元和永磁涡流制动单元中的至少一种制动单元。
2.根据权利要求1所述的无人机电磁弹射器联合制动系统，其特征在于：在弹射机架上设置有反接制动单元、液压制动单元和永磁涡流制动单元，液压制动单元设置在永磁涡流制动单元的前方，工作时，反接制动单元最先工作且持续整个制动过程，然后液压制动单元作用，最后永磁涡流制动单元工作，三者联合作用使无人机支撑弹射平台减速停止，完成制动整个过程。
3.根据权利要求1或2所述的无人机电磁弹射器联合制动系统，其特征在于：所述弹射电机包括永磁直线电机动子和永磁体定子，所述无人机支撑平台底面的左右两侧安装有永磁直线电机动子，顺着滑轨方向呈长条设置的永磁体定子固定在滑轨内且位于两侧永磁直线电机动子之间，永磁体定子的长度与滑轨长度相同；所述弹射电机外侧的滑轨内壁上设置有位置检测传感器，所述弹射电机通过导线连接有电磁弹射器控制器以及电源，电磁弹射器控制器与电源之间通过导线连接，所述电磁弹射器控制器、弹射电机、位置检测传感器和电源构成了反接制动单元。
4.根据权利要求3所述的无人机电磁弹射器联合制动系统，其特征在于：所述的电源为蓄电池组，蓄电池组为10节蓄电池串联而成，蓄电池组为弹射电机及电磁弹射器控制器供电，蓄电池选型为Odyssey公司的PC2250 阀控铅酸动力蓄电池。
5.根据权利要求3所述的无人机电磁弹射器联合制动系统，其特征在于：当无人机达到起飞速度与无人机支撑弹射平台脱离后，永磁直线电机动子经过设定的位置检测传感器，该位置检测传感器将检测到的信号传回电磁弹射器控制器，电磁弹射器控制器发出制动信号控制弹射电机中电流流向，使永磁直线电机动子的运动方向与弹射电机磁场的运动方向相反，使弹射电机产生与运动趋势相反的制动力，进而使永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台速度降低。
6.根据权利要求3所述的无人机电磁弹射器联合制动系统，其特征在于：所述液压制动单元包括液压缸、制动缓冲挡块、拦阻钢丝绳及滑轮组，液压缸固定在弹射机架的下方，液压缸包括缸体和缸杆，制动缓冲挡块通过其底部的直线滑块滑动安装在无人机支撑弹射平台经反接制动单元制动减速一定距离后的滑轨上，弹射机架下方安装有多组滑轮组，制动缓冲挡块连接有拦阻钢丝绳，拦阻钢丝绳经多组滑轮组其另一端连接到缸杆上。
7.根据权利要求6所述的无人机电磁弹射器联合制动系统，其特征在于：当无人机支撑弹射平台经反接制动单元制动减速一定距离后碰撞到制动缓冲挡块，制动缓冲挡块通过滑轮组带动拦阻钢丝绳拉动液压缸的缸杆，液压缸通过拦阻钢丝绳拉动做功，根据能量守恒定律，将永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台的动能转化为液压缸的动能，使永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台的速度降低。
8.根据权利要求3所述的无人机电磁弹射器联合制动系统，其特征在于：所述永磁涡流制动单元包括导体板和halbach永磁体阵列，halbach永磁体阵列安装在无人机支撑弹射平台经反接制动单元制动减速一定距离后的滑轨的一内侧边，且halbach永磁体阵列与永磁体定子平行；导体板安装在无人机支撑弹射平台的任意一侧面。
9.根据权利要求8所述的无人机电磁弹射器联合制动系统，其特征在于：halbach永磁体阵列由纵向充磁的永磁体和旋转90°横向充磁的永磁体组成，且两种永磁体依次交替地间隔布置。
10.根据权利要求9所述的无人机电磁弹射器联合制动系统，其特征在于：当无人机支撑弹射平台经制动减速进入设有halbach永磁体阵列的滑轨区域，halbach永磁体阵列产生的磁场在导体板中感应出电涡流，将永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台的动能转化为导体板内的热能消耗掉，实现制动。

说明书全文

无人机电磁弹射器联合制动系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制动系统，尤其涉及一种无人机弹射器中的制动系统。

背景技术

[0002] 电磁弹射器是利用电磁力推动物体，使物体在短距离内加速到一定速度后发射出去的装置。当无人机经过加速段达到起飞速度后，与直线电机动子上的无人机支撑弹射平台脱离，借助向前的惯性起飞升空，直线电机则在较短的距离内结束运动，称此过程为制动过程。制动装置功能就是在短时间短距离内完成对直线电机动子及无人机支撑弹射平台的制动，制动装置性能的好坏一定程度上决定着弹射的整体效果。为适应现代快速作战节奏，无人机电磁弹射器要求具有很强的机动性，这就要求弹射轨道距离越短越好，相应的制动距离也应减小。

[0003] 传统制动方式单一，存在制动距离长、效率低、冲击大，已经不能适应现代战场快速作战的性能需求。因此，需要提出新的、更加有效的短距离制动方式。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术中弹射器制动距离过长、效率低、冲击大等缺陷，本发明提出了一种无人机电磁弹射器联合制动系统，提高制动性能和系统机动性。

[0005] 本发明采用的技术方案是：

[0006] 一种无人机电磁弹射器联合制动系统，包括弹射机架以及无人机支撑弹射平台，所述弹射机架上设置有滑轨，无人机支撑弹射平台通过其两侧支撑在弹射机架的滑轨上，无人机支撑弹射平台能够在弹射电机的驱动下沿着滑轨运动，其特征在于：在弹射机架上设置有反接制动单元，且在弹射机架上还设置有液压制动单元和永磁涡流制动单元中的至少一种制动单元。

[0007] 进一步地，本发明在弹射机架上设置有反接制动单元、液压制动单元和永磁涡流制动单元，液压制动单元设置在永磁涡流制动单元的前方，工作时，反接制动单元最先工作且持续整个制动过程，然后液压制动单元作用，最后永磁涡流制动单元工作，三者联合作用使无人机支撑弹射平台减速停止，完成制动整个过程。

[0008] 进一步地，本发明所述弹射电机采用永磁直线电机，永磁直线电机包括永磁直线电机动子(即线圈绕组动子)和永磁体定子，所述无人机支撑平台底面的左右两侧安装有永磁直线电机动子，顺着滑轨方向呈长条设置的永磁体定子固定在滑轨内且位于两侧永磁直线电机动子之间，永磁体定子的长度与滑轨长度相同；所述弹射电机外侧的滑轨内壁上设置有位置检测传感器，所述弹射电机通过导线连接有电磁弹射器控制器以及电源，电磁弹射器控制器与电源之间通过导线连接，所述电磁弹射器控制器、弹射电机、位置检测传感器和电源构成了反接制动单元。

[0009] 进一步地，本发明所述的电源为蓄电池组，蓄电池组为10节蓄电池串联而成，蓄电池组为弹射电机及电磁弹射器控制器供电，蓄电池选型为Odyssey公司的PC2250 阀控铅酸动力蓄电池。

[0010] 当无人机达到起飞速度与无人机支撑弹射平台脱离后，永磁直线电机动子经过设定的位置检测传感器，该位置检测传感器将检测到的信号传回电磁弹射器控制器，电磁弹射器控制器发出制动信号控制弹射电机中电流流向，使永磁直线电机动子的运动方向与弹射电机磁场的运动方向相反，使弹射电机产生与运动趋势相反的制动力，进而使永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台速度降低。

[0011] 进一步地，本发明所述液压制动单元包括液压缸、制动缓冲挡块、拦阻钢丝绳及滑轮组，液压缸固定在弹射机架的下方，液压缸包括缸体和缸杆，制动缓冲挡块通过其底部的直线滑块滑动安装在无人机支撑弹射平台经反接制动单元制动减速一定距离后的滑轨上，弹射机架下方安装有多组滑轮组，制动缓冲挡块连接有拦阻钢丝绳，拦阻钢丝绳经多组滑轮组其另一端连接到缸杆上。

[0012] 当无人机支撑弹射平台经反接制动单元制动减速一定距离后碰撞到制动缓冲挡块，制动缓冲挡块通过滑轮组带动拦阻钢丝绳拉动液压缸的缸杆，液压缸通过拦阻钢丝绳拉动做功，根据能量守恒定律，将永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台的动能转化为液压缸的动能，使永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台的速度降低。

[0013] 进一步地，本发明所述永磁涡流制动单元包括导体板和halbach永磁体阵列，halbach永磁体阵列安装在无人机支撑弹射平台经反接制动单元制动减速一定距离后的滑轨的一内侧边，且halbach永磁体阵列与永磁直线电机定子平行；导体板安装在无人机支撑弹射平台的任意一侧面。

[0014] 进一步地，本发明所述halbach永磁体阵列由纵向充磁的永磁体和旋转90°横向充磁的永磁体组成，且两种永磁体依次交替地间隔布置。

[0015] 当无人机支撑弹射平台经制动减速进入设有halbach永磁体阵列的滑轨区域，halbach永磁体阵列产生的磁场在导体板中感应出电涡流，将永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台的动能转化为导体板内的热能消耗掉，实现制动。

[0016] 本发明包括反接制动单元、液压制动单元和永磁涡流制动单元三种制动单元的工作过程如下：

[0017] 本发明主要完成对永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台的制动；

[0018] 首先，当永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台到达制动段，经过位置检测传感器立即将采集的信号传递到电磁弹射器控制器，电磁弹射器控制器控制换相过程，向永磁直线电机的永磁直线电机动子(即线圈绕组动子)中通入反向电流，反接制动启动，产生反向制动力使永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台减速；

[0019] 然后，永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台进入涡流制动的Halbach永磁体阵列磁场中，永磁体阵列在运动的导体板中感应出涡流，从而产热耗能，永磁体阵列采用Halbach阵列较普通阵列效率提高了将近2倍；

[0020] 最后，无人机支撑弹射平台碰撞制动缓冲挡块，制动缓冲挡块通过滑轮组带动拦阻钢丝绳抽出液压缸的缸杆，将永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台的动能转化为液压缸的动能，使永磁直线电机动子和无人机支撑弹射平台的速度降低。

[0021] 反接制动、液压制动、永磁涡流制动三者联合作用，可以提供90kN的制动力，永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台的速度在短时间短距离内迅速平稳的下降至零。

[0022] 本发明的有益效果在于：

[0023] 本发明制动系统采用反接制动单元、永磁涡流制动单元和液压制动单元三者协同联合制动，能在短时间、短距离范围内消耗永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台的动能。首先通过反接制动提供反向动力消耗永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台动能，使永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台在与液压制动单元的制动缓冲挡块接触时，更加平稳，冲力大幅度减小，能更好地保护永磁直线电机动子及无人机支撑弹射平台不受损坏；通过引入永磁涡流制动及液压制动，可使得联合制动系统所占空间尺寸更小、结构更紧凑。附图说明

[0024] 图1是本发明无人机电磁弹射器联合制动系统的立体结构图。

[0025] 图2是本发明无人机电磁弹射器联合制动系统的永磁制动单元结构图[0026] 图3是本发明无人机电磁弹射器联合制动系统的侧视结构图。

[0027] 图4是本发明无人机电磁弹射器联合制动系统的俯视结构图。

[0028] 图5是本发明无人机电磁弹射器联合制动系统永磁涡流制动单元halbach永磁体阵列原理图

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

[0030] 如图1所示，本发明包括弹射机架19以及无人机支撑弹射平台142，所述弹射机架19上设置有滑轨，无人机支撑弹射平台142通过其两侧支撑在弹射机架19的滑轨上，无人机支撑弹射平台142能够在弹射电机的驱动下沿着滑轨运动。本实施例中在弹射机架19上设置有反接制动单元1、永磁涡流制动单元2和液压制动单元3。在此进行说明，永磁涡流制动单元和液压制动单元根据实际情况进行设置，其是否同时设置以及设置的前后顺序也根据实际情况设定。

[0031] 所述的反接制动单元1包括电磁弹射器控制器11、弹射电机14、位置检测传感器12、蓄电池组13，位置检测传感器12焊接在弹射电机14外侧的滑轨内壁上。蓄电池组为10节蓄电池串联而成，蓄电池组为弹射电机及电磁弹射器控制器供电，蓄电池选型为Odyssey公司的PC2250阀控铅酸动力蓄电池。

[0032] 电磁弹射器控制器11与蓄电池组13放置在弹射电机14下侧，电磁弹射器控制器11与弹射电机14通过导线连接，电磁弹射器控制器11与蓄电池组13通过导线连接，弹射电机14与蓄电池组13也通过导线连接。

[0033] 弹射电机14采用永磁直线电机，永磁直线电机由永磁直线电机动子141(即线圈绕组动子)和永磁体定子143组成。所述无人机支撑平台142底面的左右两侧安装有永磁直线电机动子141，顺着滑轨方向呈长条设置的永磁体定子143固定在滑轨内且位于两侧永磁直线电机动子141之间，永磁体定子143的长度与滑轨长度相同。

[0034] 所述的永磁涡流制动单元2包括导体板21和halbach永磁体阵列22，halbach永磁体阵列22安装在无人机支撑弹射平台142经反接制动单元1制动减速一定距离后的滑轨的一内侧边，且halbach永磁体阵列22与永磁直线电机的永磁体定子143平行。导体板安装在无人机支撑弹射平台142的任意一侧面，如图2所示。导体板安装在无人机支撑弹射平台左侧面，利用无人机支撑弹射平台固定导体板，节省空间提高利用率。如图5所示，halbach永磁体阵列22由纵向充磁的永磁体和旋转90°横向充磁的永磁体组成，依次交替地间隔布置。

[0035] 所述的液压制动单元3包括液压缸31、制动缓冲挡块32、拦阻钢丝绳33及滑轮组34。液压缸31固定在弹射电机14的下部。液压缸31由缸体311和缸杆312组成，缸杆312部分安装在缸体311内部，其间填充气体。制动缓冲挡块32在制动区域通过其底部的直线滑块装置滑动设置在无人机支撑弹射平台经反接制动单元制动减速一定距离后的滑轨上。制动缓冲挡块32下部与两根拦阻钢丝绳33相连；滑轮组34安装在弹射电机14下侧，对称分布，制动缓冲挡块32正下方有一对，弹射电机14末端部有一对；两根拦阻钢丝绳33先通过制动缓冲挡块32正下方的滑轮组34，然后通过末端滑轮组34，之后缠绕成一根，连接到缸杆312上。

[0036] 基于图1-图4的结构，以下具体描述本本实施例的具体工作原理：

[0037] 当无人机达到起飞速度与永磁直线电机动子141和无人机支撑弹射平台142脱离后，永磁直线电机动子141经过位置检测传感器12，位置检测传感器12将接收到的信号传回电磁弹射器控制器11，电磁弹射器控制器11接收到制动信号，控制弹射电机14中电流流向，使电机产生于运动趋势相反的制动力，进而使永磁直线电机动子141和无人机支撑弹射平台142速度降低。

[0038] 当永磁直线电机动子141和无人机支撑弹射平台142减速0.5米进入液压制动单元3时，永磁直线电机动子141碰撞制动缓冲挡块32，制动缓冲挡块32通过滑轮组带动拦阻钢丝绳33拉动液压缸31的缸杆312，液压缸31通过拦阻钢丝绳拉动做功，根据能量守恒定律，将永磁直线电机动子141和无人机支撑弹射平台142的动能转化为液压缸31的动能，使永磁直线电机动子141和无人机支撑弹射平台142的速度大大降低。

[0039] 最后，永磁直线电机动子141和无人机支撑弹射平台142进入涡流制动单元2，无人机支撑弹射平台142带动导体板21进入halbach永磁体阵列22区域，halbach永磁体阵列22产生的磁场在导体板21中感应出电涡流，将永磁直线电机动子141和无人机支撑弹射平台142的动能转化为导体板21内的热能消耗掉，从而达到制动的效果。

[0040] 本实施例制动系统工作时，反接制动单元1最先工作且持续整个制动过程、继而液压制动单元3作用，最后永磁涡流制动单元2工作，三者联合作用使永磁直线电机动子141和无人机支撑弹射平台142减速停止，完成制动整个过程。

[0041] 以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

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