一种空投锁及其工作方法与流程

1.本发明涉及空投锁技术领域，具体是一种空投锁及其工作方法。


背景技术：

2.大中型固定翼无人机具备智能化、低成本化和快速部署等优点，近年来，在抢险救灾、物资补给和军事训练等领域中，运输和空投物资等到了快速发展和广泛应用。
3.固定翼无人机货舱系统的货盘一般需要轨道和电控锁限制货盘6个方向的自由度，垂向运动和侧向运动依靠双列侧导轨来限制，航前设置前向限动装置，在每个货盘之间，设置空投锁，空投锁的作用是限制货盘航向的自由度，空运时，对货盘进行可靠的固定。空投锁一般有两种安装方式，一种是安装在货舱地板上，这种方式对货盘底面到地板面的高度具有一定要求，另一种是安装在侧导轨侧面，这种空投锁会占用侧面空间，不满足无人机货舱最小宽度尺寸实现最大装载容量需求。
4.现有地板空投锁方案，一种是采用连杆滑块机构，机构上可以形成自锁，由于受到机构原理限制，高度方向占用空间过多，需要地板下沉一个台阶。还有一种是单轴铰链和直线作动器机构，直线作动器直接驱动限动臂。这种方式作动器受载大，对直线作动器可靠性要求高。最后一种是通过齿轮系传动和单轴铰链的方式，这种方式重量大，可靠性低，维护不便。


技术实现要素：

5.为克服现有技术的不足，本发明提供了一种空投锁及其工作方法，解决现有技术存在的载荷大、重量大、高度空间利用率低等问题。
6.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种空投锁，空投锁包括航前限动机构、航后限动机构、壳体、扭簧轴，壳体用于安装在货舱地板平面上以承受货物锁定时的载荷，且壳体内部具有收容空间，航前限动机构底部、航后限动机构底部并列安装于壳体的收容空间内，航前限动机构底部包括航前限动臂、航后限动机构包括航后限动臂，航前限动臂与航后限动臂共用扭簧轴作为转动轴。
7.作为一种优选的技术方案，航前限动机构还包括第一扭簧、航前锁定轴、v形件、v形件轴、航前直线作动器；航前限动臂与第一扭簧连接，第一扭簧一端固定在扭簧轴上，第一扭簧另一端固定在航前限动臂上，v形件套设于v形件轴上，航前锁定轴与航前限动臂连接，航前直线作动器设于壳体上；v形件包括中间轴、第一支臂、第二支臂，第一支臂、第二支臂分别与中间轴连接，第一支臂与第二支臂之间的夹角为锐角。
8.作为一种优选的技术方案，第一支臂上设有航前手动拨杆，壳体上设有第一限动槽，航前手动拨杆能在第一限动槽内移动。
9.作为一种优选的技术方案，航后限动机构还包括第二扭簧、航后锁定轴、第一l形件、第一l形件轴、第二l形件、第二l形件轴、航后直线作动器，航后限动臂与扭簧轴连接，第二扭簧一端固定在扭簧轴上，第二扭簧另一端固定在航后限动臂上，第一l形件通过第一l
形件轴与壳体转动式连接，第二l形件通过第二l形件轴壳体转动式连接，第一l形件与航后锁定轴连接，航后直线作动器设于壳体上。
10.作为一种优选的技术方案，所述的第二l形件上设有航后手动拨杆，壳体上设有第二限动槽，航后手动拨杆与第二限动槽配合用以限制第二l形件在壳体内的转动角度。
11.作为一种优选的技术方案，还包括电控盒，电控盒能接受空投信号并控制解锁航前限动臂、航后限动臂绕扭簧轴转动。
12.一种空投锁的使用方法，采用所述的一种空投锁，当航前限动臂升起时，v形件与航前锁定轴接触，形成锁定；空投解锁时，航前直线作动器驱动v形件绕v形件轴转动，使v形件脱离航前锁定轴。
13.一种空投锁的使用方法，采用所述的一种空投锁，需要进行航前限动臂解锁时，航前手动拨杆在第一限动槽内移动。
14.一种空投锁的使用方法，采用所述的一种空投锁，航后限动臂升起时，通过第一l形件轴将第一l形件连接固定在壳体收容空间内，通过第二l形件轴将第二l形件连接固定在壳体收容空间内，形成锁定；解锁时，第一l形件绕航后锁定轴转动，航后直线作动器作动推动第二l形件绕航后锁定轴转动，使第二l形件与航后锁定轴之间的锁定解除。
15.一种空投锁的使用方法，采用所述的一种空投锁，需要进行航后限动臂解锁时，航后手动拨杆与第二限动槽配合限制第二l形件在壳体内的转动角度。
16.本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：（1）一个货盘至少需要一把空投锁，本发明的空投锁同时具有航前和航后限动，集成度高，重量轻。
17.（2）本发明可以实现手动上锁和解锁，电控解锁功能，具备信号检测反馈和状态指示功能；（3）本发明在垂向方向尺寸小，利用滚棒与货舱地板的高度尺寸，节约空间，做到货舱空间利用率最大化；（4）本发明根据无人机配平和重量重心测量，可以实现单件空投和多件连续空投；（5）本发明空投锁操作力和作动力小，承受载荷大；
附图说明
图1为空投锁结构组成示意图；图2为本发明空投锁结构爆炸图；图3为图2的局部放大图之一；图4为图2的局部放大图之二；图5为图2的局部放大图之三；图6为航前限动机构解锁状态示意图；图7为航前限动机构升起状态示意图；图8为手动解锁示意图；图9为航后限动机构升起状态图；图10为航后限动机构解锁状态图；图11为电控盒框图；
图12为空投过程示意图之一；图13为空投过程示意图之二；图14为空投过程示意图之三。
18.附图中标记及其相应的名称：1-航前限动机构，2-航后限动机构，3-壳体，4-扭簧轴，5-壳体盖，6-电控盒，7-空投控制系统，8-接近传感器，9-状态指示灯，11-航前限动臂，12-第一扭簧，13-航前锁定轴，14-第一轴承，15-第一卡簧，16-v形件，17-v形件轴，18-第一拉簧，19-航前直线作动器，111-第一螺栓轴，112-航前手动拨杆，113-第一限动槽，161-中间轴，162-第一支臂，163-第二支臂，164-锁定端，21-航后限动臂，22-第二扭簧，23-航后锁定轴，24-第二轴承，25-第二卡簧，26-第一l形件，27-第一l形件轴，28-第二l形件，29-第二l形件轴，204-第一l形件轴螺钉，205-航后直线作动器安装件，206-光杆螺钉，207-滚轮，208-脱离角，209-第一限位柱,210-第二拉簧，211-第三拉簧，212-航后直线作动器，213-第二限位柱，214-航后手动拨杆，215-第三拉簧安装轴，216-第二限动槽，100-扭簧轴固定螺钉，31-安装接口，301-斜面，51-壳体盖螺钉，61-电路板，62-连接器。
具体实施方式
19.下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
20.实施例1如图1至图14所示，本发明提出一种高可靠性的固定翼无人机空投锁。
21.1、简述：该空投锁具有限动臂位置检测功能和自动解锁功能，可以实现对货盘航前和航后两个方向的限动，既能有效的解决货物空运问题，又能满足货物空投需求。该装置的机构具有自锁功能，货物载荷变化不会影响作动器的可靠性，可有效提高无人机载货能力，该装置具有体积小，重量轻，承载能力强等优点，本发明所述的空投锁安装在货舱地板上，旨在解决所述尾部空投无人机货舱空间利用率、空投锁机构可靠性和空投锁状态检测等问题。
22.2、基本原理：在货舱最前端设置机械定位的航前限动装置，空投锁安装在货舱地板上，空投锁具有航前限动和航后限动功能。
23.航前限动原理：航前限动臂11绕扭簧轴4在一定范围内转动，将货物载荷传递至壳体3斜面301承力部位。再利用v形件16、锁定端164对航前限动臂11下端的航前锁定轴13进行锁定，用较小的作动力就可以实现对航前限动臂11的解锁。
24.航后限动原理：航后限动臂21绕扭簧轴4在一定范围内转动，将货物的载荷传递至第一l形件26和第一l形件轴27上，主要是依靠第二l形件28短支臂和第一l形件26短支臂末端的航后锁定轴23形成锁定。通过航后直线作动器212驱动第二l形件28长支臂进行解锁。解锁时，为了便于航后限动臂21及时脱离，设置脱离角208，脱离角208使第一l形件26在受力时对第一l形件轴27产生一个力矩，便于第一l形件26长支臂与航后限动臂21脱离。图9所示，当有载荷时，脱离角208使得第一l形件26绕第一l形件轴27有一个逆时针的扭矩，这个扭矩是便于解锁的。
25.3、方案：
空投锁包括航前限动机构1、航后限动机构2、壳体3及壳体盖5和电控盒6。壳体3安装在货舱地板平面上。主要用于承受货物锁定时的载荷，且壳体3内部具有收容空间，用于安装航前限动机构1和航后限动机构2。航前限动机构1和航后限动机构2并列在壳体3左右两侧内，共用一根扭簧轴4作为转动轴。电控盒6安装在壳体3航前方向，可以接受空投控制系统7的空投信号，控制解锁航前限动臂11和航后限动臂21。接近传感器8和状态指示灯9的信号是通过电控盒6的信息处理来实现的。壳体3上设有安装接口31。如图1至图5所示。
26.（1）航前限动机构1航前限动机构1由航前限动臂11、扭簧轴4、第一扭簧12、航前锁定轴13、第一轴承14、第一卡簧15、v形件16、v形件轴17、第一拉簧18和航前直线作动器19等组成（图3），其连接形式为，通过两颗螺钉（扭簧轴固定螺钉100）将航前限动臂11固定在扭簧轴4上，第一扭簧12一端固定在扭簧轴4上，另一端固定在航前限动臂11上。使得航前限动臂11具有恢复水平状态的扭力。v形件16包括中间轴161、第一支臂162、第二支臂163。
27.通过v形件轴17（光杆螺栓）将v形件16固定在壳体3上，航前限动臂11可以绕扭簧轴4转动，在初始状态和空投后，航前限动臂11均是倒下状态。对航前限动臂11上锁，需要手动克服扭簧扭力扳起航前限动臂11达到锁定位置。
28.当航前限动臂11升起时，v形件16的锁定端与航前锁定轴13接触，形成锁定。航前锁定轴13加轴承的目的是减小开锁摩擦力。空投解锁时，航前直线作动器19克服两个第一拉簧18拉力驱动v形件16的长支臂（第一支臂162），v形件16绕v形件轴17转动，使得v形件16的锁定端脱离航前锁定轴13。从而航前限动臂11在第一扭簧12的扭力作用下水平倒下，如图6所示。
29.进一步航前限动机构1受力分析，当航前限动臂11升起时，货盘对航前限动臂11产生一个力矩，航前限动臂11、扭簧轴4和壳体3斜面形成一个杠杆，货盘的载荷传递到壳体3斜面上。
30.在v形件16的长支臂端左右两侧设置连接第一拉簧18的固定点，第一拉簧18一端安装在固定点上，另一端安装在第一螺栓轴111上，第一螺栓轴111通过螺纹与壳体3相连。在航前限动臂11升起时。两个第一拉簧18具有一定的预拉力。使得v形件16的短支臂（第二支臂163）能够顶住航前锁定轴13。从而航前限动臂11不会在扭簧的作用力下水平倒下。优选的，长支臂是驱动端，越长，同样的直线作动力，力臂越长，驱动力矩越大；短支臂用于锁定，不需要长，也兼顾内部收容空间能够布置下所设计的结构。
31.v形件16的长支臂还设置了航前手动拨杆112，航前手动拨杆112可以在壳体3对应的第一限动槽113内移动。在锁定位置状态，航前手动拨杆112在第一限动槽113的左边，解锁时，航前手动拨杆112在第一限动槽113的右边，航前手动拨杆112伸出壳体3外，地面装卸货，可以进行手动解锁。如图7、图8所示。
32.（2）航后限动机构2航后限动机构2由航后限动臂21、扭簧轴4、第二扭簧22、航后锁定轴23、第二轴承24、第二卡簧25、第一l形件26、第一l形件轴27（带有第一l形件轴螺钉204）、第二l形件28、第二l形件轴29，第二拉簧210，第三拉簧211和航后直线作动器212等组成，如图9所示。
33.其连接形式为，通过两颗螺钉（扭簧轴固定螺钉100）将航后限动臂21固定在扭簧轴4上，第二扭簧22一端固定在扭簧轴4上，另一端固定在航后限动臂21上。使得航后限动臂
21具有恢复水平状态的扭力。
34.通过第一l形件轴27和第二l形件轴29将第一l形件26和第二l形件28连接固定在壳体3收容空间内，所述的第一l形件26长支臂端连接光杆螺钉206和滚轮207。滚轮207的目的是减少第一l形件26与航后限动臂21之间的摩擦。所述的第一l形件26长短臂端（便于第一l形件26和第二l形件28力矩转换，也是考虑内部的安装空间。）连接第二卡簧25、第二轴承24和航后锁定轴23。第一l形件26一侧有第一限位柱209。第一限位柱209与壳体3的限动槽相匹配，限制第一l形件26在壳体3内的转动角度。第一l形件26长支臂端还有第三拉簧安装轴215。
35.所述的第二l形件28一侧具有第二限位柱213，第二限位柱213与壳体3限动槽相匹配，限制第二l形件28在壳体3内的转动角度。同时，第二l形件28另一侧还具有航后手动拨杆214和第三拉簧安装轴215。所述的第二l形件28还有航后手动拨杆214，与壳体3限动槽相匹配，限制第二l形件28在壳体3内的转动角度。用于手动解锁。航后直线作动器212是通过航后直线作动器安装件205固定在壳体盖5上，再将壳体盖5通过螺钉（壳体盖螺钉51）固定在壳体3上。
36.第二拉簧210一侧安装在航后锁定轴23上，另一侧安装在第二l形件轴29上，作用是解锁时依靠弹簧预拉力为第一l形件26提供一定的力矩。使得第一l形件26绕航后锁定轴23转动。航后直线作动器212作动需要克服第三拉簧211的拉力作动，推动第二l形件28长支臂端使得第二l形件28短支臂绕航后锁定轴23转动，使得第二l形件28短支臂端与航后锁定轴23之间的锁定解除。航后限动臂21通过设定的脱离角208，给第一l形件26一定的力矩。直到第一l形件26长支臂端的滚轮207与航后限动臂21脱离，实现解锁。通过手动推动手动拨杆来实现地面手动解锁，如图10所示。
37.进一步航后限动机构2受力分析，当航后限动臂21升起时，货盘对航后限动臂21产生一个力矩，航后限动臂21、扭簧轴4和第一l形件26形成一个杠杆，货盘的大部分载荷传递到了第一l形件轴27上，所需的解锁驱动力较小。
38.（3）电控盒6在壳体3内，通过螺纹连接安装两个接近传感器8，用于检测限动臂的状态，在锁定位置时，限动臂下端凸起结构刚好达到接近传感器8检测范围，接近传感器8检测到限动臂处于升起状态，发送电信号给电控盒6，电控盒6接受到信号后，控制状态指示灯9（航前状态指示灯、航后状态指示灯）颜色为绿色长亮。货盘装载时。操作人员可根据指示灯的状态和限动臂的状态来判断系统是否工作正常。货物空投时，空投系统根据空投任务下发的指令，并按一定的时序进行所有空投锁的限动解锁。依靠接近传感器8状态指示来判断空投过程是否正常，如图11。电控盒6设有电路板61、连接器62。
39.空投锁工作流程：1.第一个货盘通过轨道系统运输到货舱最前端，手动扳起第一空投锁的航后限动臂21，听到清脆的锁闭声，再检查航后限动臂21状态指示等状态。
40.2.手动扳起第一空投锁的航前限动臂11，听到清脆的锁闭声，再检查航前限动臂11状态指示等状态。
41.3.继续装第二个货盘（货物），重复上述步骤，直到无人机装满货舱。
42.4.无人机起飞执行空投任务，当无人机到达设定空投区域后，无人机产生一定仰
角，空投系统下发空投任务。
43.5.货舱尾部第n把空投锁开始解锁航后限动臂21（最后一把锁没有航前限动机构1），对应的货盘开始滑出货舱尾部。
44.6.当检测到第n把锁已解锁，空投系统按照设定的时间间隔发出第n-1把空投锁航后限动解锁指令，如图12至14所示。
45.依次类推，直到货舱前端第一把空投锁解除锁定，完成空投。
46.如上所述，可较好地实现本发明。
47.本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
48.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

技术特征：
1.一种空投锁，其特征在于，空投锁包括航前限动机构(1)、航后限动机构(2)、壳体(3)、扭簧轴(4)，壳体(3)用于安装在货舱地板平面上以承受货物锁定时的载荷，且壳体(3)内部具有收容空间，航前限动机构(1)底部、航后限动机构(2)底部并列安装于壳体(3)的收容空间内，航前限动机构(1)底部包括航前限动臂(11)、航后限动机构(2)包括航后限动臂(21)，航前限动臂(11)与航后限动臂(21)共用扭簧轴(4)作为转动轴。2.根据权利要求1所述的一种空投锁，其特征在于，航前限动机构(1)还包括第一扭簧(12)、航前锁定轴(13)、v形件(16)、v形件轴(17)、航前直线作动器(19)；航前限动臂(11)与第一扭簧(12)连接，第一扭簧(12)一端固定在扭簧轴(4)上，第一扭簧(12)另一端固定在航前限动臂(11)上，v形件(16)套设于v形件轴(17)上，航前锁定轴(13)与航前限动臂(11)连接，航前直线作动器(19)设于壳体(3)上；v形件(16)包括中间轴(161)、第一支臂(162)、第二支臂(163)，第一支臂(162)、第二支臂(163)分别与中间轴(161)连接，第一支臂(162)与第二支臂(163)之间的夹角为锐角。3.根据权利要求2所述的一种空投锁，其特征在于，第一支臂(162)上设有航前手动拨杆(112)，壳体(3)上设有第一限动槽（113），航前手动拨杆(112)能在第一限动槽（113）内移动。4.根据权利要求1所述的一种空投锁，其特征在于，航后限动机构(2)还包括第二扭簧(22)、航后锁定轴(23)、第一l形件(26)、第一l形件轴(27)、第二l形件(28)、第二l形件轴(29)、航后直线作动器(212)，航后限动臂(21)与扭簧轴(4)连接，第二扭簧(22)一端固定在扭簧轴(4)上，第二扭簧(22)另一端固定在航后限动臂(21)上，第一l形件(26)通过第一l形件轴(27)与壳体(3)转动式连接，第二l形件(28)通过第二l形件轴(29)壳体(3)转动式连接，第一l形件(26)与航后锁定轴(23)连接，航后直线作动器(212)设于壳体(3)上。5.根据权利要求4所述的一种空投锁，其特征在于，所述的第二l形件(28)上设有航后手动拨杆(214)，壳体(3)上设有第二限动槽（216），航后手动拨杆(214)与第二限动槽（216）配合用以限制第二l形件(28)在壳体(3)内的转动角度。6.根据权利要求1至5任一项所述的一种空投锁，其特征在于，还包括电控盒(6)，电控盒(6)能接受空投信号并控制解锁航前限动臂(11)、航后限动臂(21)绕扭簧轴(4)转动。7.一种空投锁的使用方法，其特征在于，采用权利要求2所述的一种空投锁，当航前限动臂(11)升起时，v形件(16)与航前锁定轴(13)接触，形成锁定；空投解锁时，航前直线作动器(19)驱动v形件(16)绕v形件轴(17)转动，使v形件(16)脱离航前锁定轴(13)。8.一种空投锁的使用方法，其特征在于，采用权利要求3所述的一种空投锁，需要进行航前限动臂(11)解锁时，航前手动拨杆(112)在第一限动槽（113）内移动。9.一种空投锁的使用方法，其特征在于，采用权利要求4所述的一种空投锁，航后限动臂(21)升起时，通过第一l形件轴(27)将第一l形件(26)连接固定在壳体(3)收容空间内，通过第二l形件轴(29)将第二l形件(28)连接固定在壳体(3)收容空间内，形成锁定；解锁时，第一l形件(26)绕航后锁定轴(23)转动，航后直线作动器(212)作动推动第二l形件(28)绕航后锁定轴(23)转动，使第二l形件(28)与航后锁定轴(23)之间的锁定解除。10.一种空投锁的使用方法，其特征在于，采用权利要求5所述的一种空投锁，需要进行航后限动臂(21)解锁时，航后手动拨杆(214)与第二限动槽（216）配合限制第二l形件(28)在壳体(3)内的转动角度。

技术总结
本发明涉及空投锁技术领域，公开了一种空投锁及其工作方法，该空投锁包括航前限动机构、航后限动机构、壳体、扭簧轴，壳体用于安装在货舱地板平面上以承受货物锁定时的载荷，且壳体内部具有收容空间，航前限动机构底部、航后限动机构底部并列安装于壳体的收容空间内，航前限动机构底部包括航前限动臂、航后限动机构包括航后限动臂，航前限动臂与航后限动臂共用扭簧轴作为转动轴。本发明解决了现有技术存在的大装载承受载荷大、重量大等问题。重量大等问题。重量大等问题。


技术研发人员：刘帅 曾东 彭钧 金曦 刘江 林剑 何晓萍
受保护的技术使用者：四川腾盾科技有限公司
技术研发日：2023.08.14
技术公布日：2023/9/13