一种无人机跨介质入水发射试验系统

1.本发明涉及无人机发射试验领域，具体是一种无人机跨介质入水发射试验系统。


背景技术：

2.近年来，随着科学技术的进步，无人机在军事及民用领域受到越来越广泛的应用，尤其是在军事领域中的空地海天立体化战争中潜力巨大，其低费用和零伤亡的优势受到世界各国普遍关注。
3.在无人机的众多理论研究过程中，无人机的发射与回收是一个重点研究问题，尤其是近年来的无人机跨介质发射问题。无人机有很多发射方式，如地面滑跑起飞、弹射起飞、火箭助推发射、空中投放等；根据发射场地分类，可分为海、陆、空三基发射；按发射动力又可分为自力、它力以及复合式发射。在跨介质无人机发射领域，主要是针对水下-空中跨介质无人机的发射及回收研究，其中水下向空中发射主要包括干式发射与湿式发射两种，空中入水发射时则较为灵活，可以通过传统的发射方式进行设计，但目前国内在该领域尚未出现相关理论及试验研究，本发明采用了借助电机卷绕的牵引绳弹射方式，该方案结构简单，多级可调，功率较小适用于小型无人机的发射。
4.目前我国在无人机跨介质入水发射领域尚未出现专用试验设备，加之现如今世界各国跨介质无人机发展迅速，我国无人机跨介质航行发射系统还处于试制样机阶段，所以目前迫切需要研制一套无人机跨介质入水发射试验系统，为无人机跨介质发射及航行研究提供技术支持。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种无人机跨介质入水发射试验系统。
6.本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，该系统包括机架、发射平台平移装置、发射平台升降装置、无人机发射装置和发射平台旋转装置；
7.所述发射平台升降装置滑动安装于机架上，能够沿机架竖直升降，用于实现无人机沿竖直方向的高度调整；
8.所述发射平台旋转装置转动安装于发射平台升降装置上，能够实现360
°
旋转，用于实现无人机与水平面呈任意角度的发射；
9.所述发射平台平移装置滑动安装于发射平台旋转装置上，能够伸缩运动，用于实现无人机的发射位置的调整；
10.所述无人机发射装置包括无人机发射车、后卷筒驱动电机、后卷筒、发射车滑轨、发射牵引绳、缓冲器、定滑轮、水平输线器、纵向输线器、前卷筒、前卷筒驱动电机、动滑轮、动滑轮滑轨、动滑轮牵引绳和动滑轮轴；
11.发射车滑轨固定于发射平台平移装置的发射平台承载板上；无人机发射车滑动安
装于发射车滑轨中，用于放置无人机；缓冲器固定在发射平台承载板的前端，用于缓冲无人机发射车急停撞击时的动能；动滑轮滑轨固定于发射平台承载板上；动滑轮轴的底部滑动安装于动滑轮滑轨中，顶部转动安装有动滑轮；纵向输线器、水平输线器和定滑轮均安装于发射平台承载板上；
12.两个前卷筒驱动电机的壳体对称固定于发射平台承载板的前部，输出端均固定有前卷筒；一条发射牵引绳的两端分别缠绕在两个前卷筒上，然后均依次穿过纵向输线器、水平输线器、动滑轮和定滑轮，中部穿过无人机发射车，与无人机发射车滑动连接；
13.两个后卷筒驱动电机的壳体对称固定于发射平台承载板的后部，输出端均固定有后卷筒；每根动滑轮牵引绳的一端均缠绕在各自的后卷筒上，然后均依次穿过各自的纵向输线器和水平输线器，另一端固定于各自的动滑轮轴上。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
15.(1)本发明结构简单、密封性好、适用性强，可通过调节发射平台的垂直方位、前后方位及其俯仰角度大小，使其满足无人机入水发射时的不同姿态要求，同时发射装置还可实现多级调速，来满足不同型号无人机的加速度参数要求，为复杂环境下的无人机跨介质发射试验提供精度高、参数可调范围广的试验设备，极大地提高了无人机发射试验效率及试验过程的可靠性，在确保无人机机体无损伤试验的同时，保证了试验环境的零污染。
16.(2)本发明所提供的无人机发射装置，采用了滑轮组机械式加速方式，通过动滑轮和定滑轮的组合实现多级调速，以满足不同发射试验的目标参数需求，且该形式的发射机构结构简单，成本较低。
17.(3)本发明根据试验环境要求，在机架以及各部分机构中均进行了防水防锈设计，其中各运动机构的驱动电机及传动装置外部均设置有防水罩，整套系统具备良好的密封性。
18.(4)整个机架采用了空心方钢制成的桁架结构，结构简单，稳定性好，成本较低，一体化程度高，移动方便。
19.(5)本发明的发射平台旋转模块采用了空心轴式包络轮旋转支撑设计，在提高旋转机构稳定性的同时，大大减少了材料的消耗，减轻了整体质量，有效地降低了结构成本。
20.(6)本发明采用了无人机撞网回收的方式，结构简单，成本较低，回收装置的支撑架与发射平台承载板连接处设置有气缸，从而可以控制回收网的角度，实现对无人机的精准回收，且回收网采用弹性网，最大限度的减小了冲击力对无人机造成的损伤。
21.(7)本发明既可以实现0～180
°
的发射角度范围，同时也可控制无人机脱离发射架小车时到水面的距离，该无人机入水发射试验系统下方无其他机构阻碍，且发射平台承载板通过齿轮齿条传动机构可实现承载板的前后移动，从而避免了发射平台承载板在转动时与该设备顶部的横向支撑架发生干涉。
附图说明
22.图1为本发明的整体结构立体示意图；
23.图2为本发明的整体结构主视示意图；
24.图3为本发明的整体结构仰视示意图；
25.图4为本发明的无人机发射装置的立体示意图；
26.图5为本发明的无人机发射车的主视示意图；
27.图6为本发明的机架的立体示意图；
28.图7为本发明的无人机回收装置的立体示意图；
29.图8为本发明的发射平台旋转装置的主视示意图。
30.图中：机架1、无人机回收装置2、发射平台平移装置3、发射平台升降装置4、无人机5、无人机发射装置6、发射平台旋转装置7；
31.侧向支撑架1-1、辅助支撑架1-2、升降滑轨支撑架1-3、横向支撑架1-4、升降电机支撑架1-5、固定地脚1-6；
32.纵向回收网2-1、回收网支撑架2-2、回收装置气缸2-3、横向回收网2-4；
33.发射平台承载板3-1、滑轨支撑架3-2、水平移动滑轨3-3、水平移动滑块3-4、齿条3-5、平移驱动齿轮3-6、平移驱动电机3-7；
34.升降滑轨4-1、升降滑块4-2、升降链条4-3、升降电机4-4、主动链轮4-5、从动链轮4-6、从动链轮支撑轴4-7、从动链轮轴底座4-8；
35.无人机发射车架体6-1、后卷筒驱动电机6-2、后卷筒6-3、发射车滑轨6-4、发射牵引绳6-5、缓冲器6-6、定滑轮6-7、水平输线器6-8、纵向输线器6-9、前卷筒6-10、前卷筒驱动电机6-11、动滑轮6-12、发射车滚轮6-13、后托架6-14、机翼支撑架6-15、前托架6-16、前挡臂6-17、动滑轮滑轨6-18、发射车滑块6-19、动滑轮牵引绳6-20、动滑轮轴6-21；
36.发射平台旋转驱动电机7-1、旋转支撑架7-2、旋转板7-3、径向包络支承轮7-4、径向包络支承轮轴7-5、旋转主动齿轮7-6、旋转从动齿轮7-7、旋转中间齿轮7-8。
具体实施方式
37.下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本发明权利要求的保护范围。
38.本发明提供了一种无人机跨介质入水发射试验系统(简称系统)，其特征在于，该系统包括机架1、发射平台平移装置3、发射平台升降装置4、无人机发射装置6和发射平台旋转装置7；
39.所述发射平台升降装置4滑动安装于机架1上，能够沿机架1竖直升降，用于实现无人机5沿竖直方向的高度调整；
40.所述发射平台旋转装置7转动安装于发射平台升降装置4上，能够实现360
°
旋转，用于实现无人机5与水平面呈任意角度的发射；
41.所述发射平台平移装置3滑动安装于发射平台旋转装置7上，能够伸缩运动，用于实现无人机5的发射位置的调整；
42.所述无人机发射装置6包括无人机发射车、后卷筒驱动电机6-2、后卷筒6-3、发射车滑轨6-4、发射牵引绳6-5、缓冲器6-6、定滑轮6-7、水平输线器6-8、纵向输线器6-9、前卷筒6-10、前卷筒驱动电机6-11、动滑轮6-12、动滑轮滑轨6-18、动滑轮牵引绳6-20和动滑轮轴6-21；
43.发射车滑轨6-4固定于发射平台平移装置3的发射平台承载板3-1上；无人机发射车滑动安装于发射车滑轨6-4中，用于放置无人机5(优选固定翼无人机)；缓冲器6-6固定在发射平台承载板3-1的前端，用于缓冲无人机发射车急停撞击时的动能；动滑轮滑轨6-18固
2、旋转板7-3、径向包络支承轮7-4、径向包络支承轮轴7-5、旋转主动齿轮7-6、旋转从动齿轮7-7和转中间齿轮7-8；
55.旋转支撑架7-2固定于发射平台升降装置4的升降滑块4-2上；旋转板7-3通过均布安装的径向包络支承轮7-4转动安装于旋转支撑架7-2上，径向包络支承轮7-4的内圈固定于各自的径向包络支承轮轴7-5上，外圈与旋转支撑架7-2相对转动；径向包络支承轮轴7-5固定于旋转支撑架7-2上；发射平台旋转驱动电机7-1的壳体固定在旋转支撑架7-2上，输出端固定有旋转主动齿轮7-6；旋转从动齿轮7-7固定于旋转板7-3上；旋转中间齿轮7-8转动安装于旋转支撑架7-2上；旋转主动齿轮7-6通过旋转中间齿轮7-8与旋转从动齿轮7-7啮合传动连接。
56.优选地，所述发射平台平移装置3包括发射平台承载板3-1、滑轨支撑架3-2、水平移动滑轨3-3、水平移动滑块3-4、齿条3-5、平移驱动齿轮3-6和平移驱动电机3-7；
57.水平移动滑块3-4固定在发射平台旋转装置7的旋转板7-3上；滑轨支撑架3-2通过水平移动滑轨3-3滑动安装于水平移动滑块3-4上；发射平台承载板3-1固定在滑轨支撑架3-2上；平移驱动电机3-7的壳体固定在旋转板7-3上，输出端上固定有平移驱动齿轮3-6；齿条3-5固定在滑轨支撑架3-2上，齿条3-5与平移驱动齿轮3-6啮合传动连接，实现发射平台承载板3-1的平移调整。
58.优选地，该系统还包括无人机回收装置2；无人机回收装置2铰接于发射平台平移装置3的末端，能够实现360
°
旋转，用于发射后的无人机5的回收。
59.优选地，所述无人机回收装置2用于发射后的无人机的回收，包括纵向回收网2-1、回收网支撑架2-2、回收装置气缸2-3和横向回收网2-4；
60.回收网支撑架2-2的顶端铰接于滑轨支撑架3-2上；回收装置气缸2-3的输出端铰接在回收网支撑架2-2的中部，缸体与发射平台平移装置3的滑轨支撑架3-2铰接，用于调节回收网支撑架2-2相对发射平台承载板3-1的角度，保证回收过程的精准性；纵向回收网2-1固定在回收网支撑架2-2的末端；横向回收网2-4固定在回收网支撑架2-2上，与纵向回收网2-1存在角度且连接形成整体，用于发射后的无人机5的回收。
61.本发明的工作原理和工作流程是：
62.无人机安装固定过程：首先将发射平台承载板3-1进行复位，此时发射平台承载板3-1处于水平状态，无人机发射车处于初始发射位置，通过吊装设备将无人机5吊装至无人机发射车上，通过无人机发射车上的后托架6-14、机翼支撑架6-15、前托架6-16和前挡臂6-17将无人机5固定在无人机发射车上，通过增大后卷筒驱动电机6-2、前卷筒驱动电机6-11转速带动后卷筒6-3、前卷筒6-10加速旋转，将发射牵引绳6-5、动滑轮牵引绳6-20拉直绷紧，进入发射预备状态。
63.发射平台承载板3-1高度调整过程：通过控制位于机架1顶部的升降电机4-4，带动主动链轮4-5旋转，同时通过升降链条4-3带动旋转支撑架7-2升降，进而实现发射平台承载板3-1的升降调节。
64.发射平台承载板3-1角度调整过程：根据试验要求确定发射角度，控制发射平台旋转驱动电机7-1带动旋转主动齿轮7-6转动，动力传动至固定在旋转板7-3上的旋转从动齿轮7-7后，旋转板7-3带动发射平台承载板3-1旋转，实现发射平台承载板3-1的角度调整。
65.无人机发射入水行程调整过程：根据试验要求确定发射平台承载板3-1末端距水
面距离后，控制平移驱动电机3-7带动平移驱动齿轮3-6旋转，动力传动至固定在发射平台承载板3-1上的齿条3-5后，发射平台承载板3-1进行前后进给，实现无人机发射入水的行程调整。
66.无人机回收装置2角度调整过程：无人机5发射入水后，回收网支撑架2-2在回收装置气缸2-3的带动下，进行回收角度调整，随后依靠纵向回收网2-1、横向回收网2-4实现无人机5的水下回收。
67.无人机入水发射过程：无人机5在无人机发射车上完成固定并调整好发射平台承载板3-1的位姿后，前卷筒6-10和后卷筒6-3分别在前卷筒驱动电机6-11和后卷筒驱动电机6-2带动下，将发射牵引绳6-5迅速缠绕在卷筒上，完成收绳过程；前卷筒6-10的高速转动使发射牵引绳6-5具备牵引力，进而带动无人机发射车加速向前运动；在后卷筒6-3的高速旋转下，通过动滑轮牵引绳6-20带动动滑轮6-12沿动滑轮滑轨6-18迅速移动，动滑轮6-12带动发射牵引绳6-5使其加速效果提升，通过控制前卷筒6-10和后卷筒6-3的旋转收绳速度确保无人机5在脱离无人机发射车时能够达到试验要求的发射速度；当无人机发射车进入无人机5脱离位置时，无人机发射车与缓冲器6-6接触，此时前挡臂6-17在无人机5的惯性力作用下向下释放，无人机5脱离无人机发射车，进而实现无人机5的定向入水发射。
68.其中，当前卷筒6-10转动，后卷筒6-3不动时，此时无人机发射车的移动速度仅仅由前卷筒6-10的卷绕速度决定，无人机发射车的移动速度等同于前卷筒6-10的卷绕速度；当前卷筒6-10不动，后卷筒6-3转动时，此时无人机发射车的移动速度仅由后卷筒6-3的卷绕速度决定，且为后卷筒6-3卷绕速度的两倍；当前卷筒6-10和后卷筒6-3同时转动时，此时无人机发射车所受发射牵引绳6-5的牵引力由两组卷筒的缠绕速度共同决定，因此可以根据不同的组合方式使发射牵引绳6-5具有不同的牵引力，从而满足不同的发射试验任务需求。
69.本发明未述及之处适用于现有技术。

技术特征：
1.一种无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，该系统包括机架、发射平台平移装置、发射平台升降装置、无人机发射装置和发射平台旋转装置；所述发射平台升降装置滑动安装于机架上，能够沿机架竖直升降，用于实现无人机沿竖直方向的高度调整；所述发射平台旋转装置转动安装于发射平台升降装置上，能够实现360
°
旋转，用于实现无人机与水平面呈任意角度的发射；所述发射平台平移装置滑动安装于发射平台旋转装置上，能够伸缩运动，用于实现无人机的发射位置的调整；所述无人机发射装置包括无人机发射车、后卷筒驱动电机、后卷筒、发射车滑轨、发射牵引绳、缓冲器、定滑轮、水平输线器、纵向输线器、前卷筒、前卷筒驱动电机、动滑轮、动滑轮滑轨、动滑轮牵引绳和动滑轮轴；发射车滑轨固定于发射平台平移装置的发射平台承载板上；无人机发射车滑动安装于发射车滑轨中，用于放置无人机；缓冲器固定在发射平台承载板的前端，用于缓冲无人机发射车急停撞击时的动能；动滑轮滑轨固定于发射平台承载板上；动滑轮轴的底部滑动安装于动滑轮滑轨中，顶部转动安装有动滑轮；纵向输线器、水平输线器和定滑轮均安装于发射平台承载板上；两个前卷筒驱动电机的壳体对称固定于发射平台承载板的前部，输出端均固定有前卷筒；一条发射牵引绳的两端分别缠绕在两个前卷筒上，然后均依次穿过纵向输线器、水平输线器、动滑轮和定滑轮，中部穿过无人机发射车，与无人机发射车滑动连接；两个后卷筒驱动电机的壳体对称固定于发射平台承载板的后部，输出端均固定有后卷筒；每根动滑轮牵引绳的一端均缠绕在各自的后卷筒上，然后均依次穿过各自的纵向输线器和水平输线器，另一端固定于各自的动滑轮轴上。2.根据权利要求1所述的无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，所述无人机发射车包括无人机发射车架体、发射车滚轮、后托架、机翼支撑架、前托架、前挡臂和发射车滑块；发射车滚轮转动安装于无人机发射车架体的底部；前托架、机翼支撑架和后托架分别固定于无人机发射车架体的前、中、后部，用于承托无人机；无人机发射车架体的前部固定有前挡臂，在无人机发射车达到一定分离速度时可自动释放无人机；发射车滑块固定于无人机发射车架体的底部，发射车滑块滑动安装于发射车滑轨中；发射牵引绳中部穿过发射车滑块，与发射车滑块滑动连接。3.根据权利要求2所述的无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，无人机的机身前段通过前托架承托于无人机发射车上，机身后段通过后托架承托于无人机发射车上；无人机的机翼部分承托于机翼支撑架上，限制机体的机身轴线方向位移。4.根据权利要求1所述的无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，所述机架包括侧向支撑架、辅助支撑架、升降滑轨支撑架、横向支撑架、升降电机支撑架和固定地脚；辅助支撑架按照一定倾斜角度焊接于升降滑轨支撑架内部，保证机架的支撑强度；升降滑轨支撑架的两侧焊接有侧向支撑架，用于辅助支撑机架的作用；升降滑轨支撑架的顶部焊接有横向支撑架和升降电机支撑架；滑轨支撑架的底部设置有固定地脚，用于与地面螺栓紧固连接。
5.根据权利要求1所述的无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，所述发射平台升降装置包括升降滑轨、升降滑块、升降链条、升降电机、主动链轮、从动链轮、从动链轮支撑轴和从动链轮轴底座；升降滑轨固定在机架的升降滑轨支撑架上；升降滑块滑动设置于升降滑轨中；升降电机的壳体固定在机架的横向支撑架上，输出端固定有主动链轮；从动链轮轴底座固定机架上；从动链轮支撑轴转动安装于从动链轮轴底座中，端部固定有从动链轮；主动链轮与从动链轮通过升降链条啮合传动连接；升降滑块固定于升降链条上。6.根据权利要求1所述的无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，所述发射平台旋转装置包括发射平台旋转驱动电机、旋转支撑架、旋转板、径向包络支承轮、旋转主动齿轮、旋转从动齿轮和转中间齿轮；旋转支撑架固定于发射平台升降装置的升降滑块上；旋转板通过均布安装的径向包络支承轮转动安装于旋转支撑架上；发射平台旋转驱动电机的壳体固定在旋转支撑架上，输出端固定有旋转主动齿轮；旋转从动齿轮固定于旋转板上；旋转中间齿轮转动安装于旋转支撑架上；旋转主动齿轮通过旋转中间齿轮与旋转从动齿轮啮合传动连接。7.根据权利要求1所述的无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，所述发射平台平移装置包括发射平台承载板、滑轨支撑架、水平移动滑轨、水平移动滑块、齿条、平移驱动齿轮和平移驱动电机；水平移动滑块固定在发射平台旋转装置的旋转板上；滑轨支撑架通过水平移动滑轨滑动安装于水平移动滑块上；发射平台承载板固定在滑轨支撑架上；平移驱动电机的壳体固定在旋转板上，输出端上固定有平移驱动齿轮；齿条固定在滑轨支撑架上，齿条与平移驱动齿轮啮合传动连接。8.根据权利要求1所述的无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，该系统还包括无人机回收装置；无人机回收装置铰接于发射平台平移装置的末端，能够实现360
°
旋转，用于发射后的无人机的回收。9.根据权利要求8述的无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，所述无人机回收装置用于发射后的无人机的回收，包括纵向回收网、回收网支撑架、回收装置气缸和横向回收网；回收网支撑架的顶端铰接于滑轨支撑架上；回收装置气缸的输出端铰接在回收网支撑架的中部，缸体与发射平台平移装置的滑轨支撑架铰接，用于调节回收网支撑架相对发射平台承载板的角度，保证回收过程的精准性；纵向回收网固定在回收网支撑架的末端；横向回收网固定在回收网支撑架上，与纵向回收网存在角度且连接形成整体，用于发射后的无人机的回收。

技术总结
本发明公开了一种无人机跨介质入水发射试验系统，其特征在于，该系统包括机架、发射平台平移装置、发射平台升降装置、无人机发射装置和发射平台旋转装置。本发明结构简单、密封性好、适用性强，可通过调节发射平台的垂直方位、前后方位及其俯仰角度大小，使其满足无人机入水发射时的不同姿态要求，同时发射装置还可实现多级调速，来满足不同型号无人机的加速度参数要求，为复杂环境下的无人机跨介质发射试验提供精度高、参数可调范围广的试验设备，极大地提高了无人机发射试验效率及试验过程的可靠性，在确保无人机机体无损伤试验的同时，保证了试验环境的零污染。保证了试验环境的零污染。保证了试验环境的零污染。


技术研发人员：姜涛 关玉明 陈尚成 冯文正
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/6/28