一种应用于飞行器的蓄能牵引抛射方式的制作方法

1.本发明属于发射器领域，更具体地，涉及一种应用于飞行器的蓄能牵引抛射方式。其装置设计包含实行元件组、优选方案和分布式冗余备战设计，既可用于离岸舰载机，也可助力陆地和近岸的其它需初始速度或高度的具体情境。


背景技术：

2.目前航母舰载机起飞方式主要有滑跃式起飞、蒸汽弹射起飞和电磁弹射起飞。滑跃式起飞依赖飞机自主推进和甲板末端角度设计，故而耗能耗损较大，从而引出后述的两种弹射技术；蒸汽弹射利用了高压弹射气体，主要应用部件为锅炉器与传动杆，为目前主流的弹射选择，但能量转化效率不高、消耗能源多、且占用体积过大、维修不易；电磁弹射利用超导技术，需提供低温环境产生强磁场，从而斥出于舰载机相连的传动件。这是一项新兴技术，但目前仍不成熟，耗资较大且不易维修。诸上三种方式，针对不同起飞机型，均需重新定义、调校起飞模式和部分参数，需要大量特征化处理。


技术实现要素：

3.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种通过电机蓄能和转换子牵引的飞行件发射方式及实行装置。其目的在于原理上不受蒸汽弹射与电磁弹射的限制，新颖地采取“直流电机供(蓄)能-转换器沿流形匀加速-牵引抛射”的方式，由此解决飞行件需要特征化控制、发射器能量转化效率不高和发射装置维修困难的技术问题。由于航母舰载机起飞条件苛刻、难度较大，且本发明需有特征飞行件为例，故以舰载情境作如下表述，但并不以此限制飞行件的内涵范围。
4.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种“直流电机供(蓄)能-转换器沿流形匀加速-牵引抛射”的起飞方式及其实行元件组。其元件组中，直流电机承接动力来源、进行供(蓄)能，转换装置将这部分能量传动呈递到飞行器，进而牵引绳带动飞行器起飞。
5.电机可选用具体电力能源的适型直流方案。转换器为本发明的关键件。附图1为设计示意图，其中包含a转动轴，b流形体，c牵引绳导槽，d导槽路径。转动轴由所选择的电机带动；流形是数学上描述几何物体的表达，用以引出本方案的曲率概念，故而在本发明中可简单理解为曲面。随着时间的变化，牵引绳在导槽上移动而不断增大法曲率半径，同时控制牵引绳长度收紧而做匀加速运动。
6.附图2为牵引抛射段设计示意图。上述作法曲率半径变化的匀加速运动的牵引绳通过若干工件连接至飞行器，图示附图2中a牵引绳，b牵引绳锁紧，c牵引弹簧，d飞行器连接件，e支承。这一加速因依牵引绳及简单连接件，故而可实现转换器至飞行器的瞬间能量传递，从而对不同飞行器切换时无需精确调校。
7.优选地，
8.按照本发明的另一方面，转换轴的电机端的结构不变，在飞行件端采用覆斗形设计。具体的，是指附图1中b处的结构特征化流形曲面为去尖后的三角圆锥状，亦即覆斗形设计。此时的覆斗角度可与具体给予元件组的空间尺寸占用相适应。
9.优选地，
10.分布式协同与备战冗余设计中，首要为非特异性部署该发射装置于舰体各处。在协同作用中，可通过无线或机械控制的方式，改变牵引端的力线方向，从而进行对目标飞行器控制。同时元件组的小体量、轻结构、强鲁棒的高性能舰载发射素质，以其易调整的基本特性，故而可轻松实现备战冗余设计。
11.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
12.首先，该装置结构复杂度明显低于蒸汽弹射与电磁弹射。只需要电机与传动装置即可牵引飞行件起飞，小体量为母舰节约物理空间占用，具备灵活性与科学性；其次，从安装部署层面和投入战斗的耗损维修而言，该装置的用件都更为低廉且易于维修，电机的选择可依据舰体情况而定，体现出了强大的鲁棒性；再者，该装置从原理上而言对于各舰载机机型无需精细区分，体现其应用上普适性与可行性；最后，该装置的能量装换效率明显高于其他两种弹射起飞方式，体现了装置的能耗经济性。
13.作为一种飞行器的蓄能牵引抛射装置，舰载机起飞是低海拔发射中最具有挑战性的课题。故而本发明的前述虽多以舰载机飞行为例，但并不以此限制飞行器的内涵。诸如中小型无人机、火箭弹、中型导弹(含火箭助推器)等均适用于本发明所指示的飞行器。
具体实施方式
14.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
15.以下为实施衡算示例：
16.为简单见，举例抛射舰载机。按最大化质量衡算，飞机、牵引绳、滑轮的总质量拟定为为40吨。现役战斗机满油满弹为36吨。为简单见，我们设置所需蓄能质点的质量为40吨。
17.依前述蓄能牵引抛射方式，可得舰载机起飞速度与牵引绳相同。依抛射工程实际情境，我们此处按使用起飞速度260公里每小时进行计算。
18.因抛射时间极短，其过程中飞机风阻摩擦损失、滑轮轴摩擦损失等极少，可由同时间电机功率补齐，故而此处忽略不计。上述衡算条件亦即将同时期蓄能质点的速度损失(动能减少)完全转化为舰载机的速度增加(动能增加)。
19.舰载机的起飞速度：
20.v＝260km/h＝72.2m/s
21.舰载机的起飞动能等于蓄能器损失动能。由飞机的抛射系统与质点质量设置相等，抛射时速度相等，所以质点原动能仅需飞机起飞时动能的两倍。
[0022][0023][0024]vparticle@start
＝102m/s
[0025]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种应用于飞行件的蓄能牵引抛射方式。其特征元件组包括“直流电机供(蓄)能-转换器沿流形匀加速-牵引抛射”三个工段的装配。2.如权利要求1所述的直流电机供(蓄)能，其特征在于直流电机依情况调整选用策略：为简单能量转换器，或通过改变转子速度与质心分布而设计为能量转换混合能量蓄积器。3.如权利要求1所述的转换器沿流形匀加速，其特征在由转换器转速与导线槽法曲率决定的，随牵引绳收绳长度变化实现的收绳速度变化，进而实现被抛射物的匀加速至目标速度。其特征件为附图1中a转动轴，b流形体，c牵引绳导槽，d导槽路径。4.如权利要求1所述的牵引抛射，其特征在于抛射速度决定能量输出。采用刚性或弹性链接，依牵引绳及简单连接件，实现转换器至飞行器的瞬间能量传递而无需精确调校。其特征件在于附图2中a牵引绳，b牵引绳锁紧，c牵引弹簧，d飞行器连接件，e支承。5.该装置优选方案中，转换器流形曲面的特异性设计。6.如权利要求5所述的转换器特异性设计，其特征在于附图1中b处的流形曲面应设计为去尖后的三角圆锥状，亦即覆斗形。斗的内壁仍为牵引绳导槽等连接牵引绳至飞行器不变。7.该装置的分布式冗余备战设计中，涉及多个元组的分布式协同作用和备战冗余设计。8.如权利要求7所述的分布式协同作用，其特征在于任一飞行件上可挂载多个发射元组的转换子飞行端。这些元组可分布于舰体各处。控制人员通过无线或机械的方式监控、调控其力线方向，实现协同调整。9.如权利要求7所述的备战冗余设计，其特征在于各元组可独立工作并承担发射工作。从而在后备中，实现该元组的备战化。

技术总结
本发明公开了一种应用于飞行器的蓄能牵引抛射方式，包含其实行元件组、优选方案和分布式冗余备战设计。该抛射流程包括“直流电机供(蓄)能-转换器沿流形匀加速-牵引抛射”三个工段。其元件组中，直流电机为装置的能量来源或蓄能器件；转换器为本发明关键件，提供时域上流形法曲率变化的导线槽，从而实现牵引绳的匀加速并实现能量传递；牵引抛射段讲牵引绳与飞行器连接，完成飞行器抛射。更优地，元件组电机可同时设计为蓄能器，转换子可承担蓄能功能且设计飞行端为覆斗形。该元件组抛射能量选择范围广，结构简单易调整，几何尺寸选用灵活，以其小体量、轻结构、强鲁棒的高性能舰载发射素质而分布式部署于舰体各处，进而轻易实现冗余备战设计。飞行器：本发明所言飞行器涉及飞机、火箭弹、导弹和无人机等需要初始速度或高度的物件。物件。物件。


技术研发人员：杨树根 张子阳 杨景文
受保护的技术使用者：张子阳
技术研发日：2022.09.06
技术公布日：2023/6/26