基于火箭發(fā)射的折疊式無人機

文/北京理工大學(xué) 黃景懷

基于火箭發(fā)射的折疊式無人機

文/北京理工大學(xué) 黃景懷

現(xiàn)代戰(zhàn)場瞬息萬變，誰能更早地掌握敵方情報，并作出針對性的部署，將會在很大程度上影響戰(zhàn)爭的走向。而無人機作為現(xiàn)代戰(zhàn)場搜集情報的主要手段，日益發(fā)揮著舉足輕重的作用。

但是作為無人機大家族非常重要一員的微小型無人機卻存在著諸多問題，由于微小型無人機飛行速度慢，進(jìn)入戰(zhàn)區(qū)時間長，且航程短、滯空時間短，故在很大程度上限制了微小型無人機的快速反應(yīng)能力。因此考慮將無人機與火箭進(jìn)行結(jié)合，利用火箭的高速度與大射程，將無人機發(fā)射至任務(wù)空域上空，而后無人機與火箭分離開始工作。由于火箭的飛行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無人機，所以此舉將極大地縮短無人機到達(dá)戰(zhàn)區(qū)的時間，使我方掌握戰(zhàn)場上的主動權(quán)。為此，需要將無人機進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃危蛊淠軌蜓b入火箭中進(jìn)行快速發(fā)射。因此，基于火箭發(fā)射的折疊式無人機應(yīng)運而生。

研究小組主要從無人機的折疊方式、展開機構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)、無人機發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計等幾個方面進(jìn)行了研究。

在無人機的折疊方式上，研究小組討論了三種不同的折疊方式：

1.鉆石背型

四片矩形機翼重疊置放于在機身上，機翼展開后，四片機翼近似呈菱形分布于機身上，其中兩片機翼后掠，另兩片機翼前掠。機翼與機翼以及機翼與機身之間通過軸承連接。機翼根部通過滑塊與機身接觸。在由折疊向展開轉(zhuǎn)換的過程中，滑塊沿機身滑動，直至機翼完全展開。機翼與滑塊的運動可以簡化成曲柄滑塊機構(gòu)的運動，結(jié)構(gòu)簡單可靠。

2.普通布局型

在該布局中，機翼為矩形，機翼收起時，旋轉(zhuǎn)90°并向后折疊與機身貼合；機翼展開的過程與之相反。該布局機翼布置靈活，可以根據(jù)重心位置的變化進(jìn)行調(diào)整，但是機翼面積小，且對連接部位的強度要求較高。

3.桁架型

該布局中，機翼為尺寸大小可變型，機翼通過自身的伸縮達(dá)到變形的目的。機翼內(nèi)部的骨架為桁架結(jié)構(gòu)，翼肋安裝在桁架上，從而帶動蒙皮實現(xiàn)整個機翼的變形。

經(jīng)過比較，由于鉆石背機翼具有運動簡單、結(jié)構(gòu)強度高、機翼面積大等優(yōu)點，研究小組選擇了鉆石背型機翼作為折疊式無人機的折疊方式。

除機翼的折疊外，研究小組還對尾翼進(jìn)行了折疊并選用可折疊螺旋槳，進(jìn)一步減小了待發(fā)狀態(tài)下機翼的橫截面積，經(jīng)過檢驗，完全可以裝入火箭內(nèi)部。

在展開機構(gòu)的實現(xiàn)上，經(jīng)過大量的實驗，研究小組通過在機翼根部設(shè)置扭簧，選用強度高質(zhì)量輕的碳纖維管，采用導(dǎo)軌滑塊式滑動方式，順利解決了機翼展開力矩過大、滑塊在滑動過程中變形過大等問題。此外，在機翼與尾翼的展開控制上，研究小組選用了兩級放大設(shè)置，即通過舵機控制尾翼、尾翼控制機翼的方式實現(xiàn)。

在無人機的發(fā)射上，為使裝載有無人機的火箭系統(tǒng)滿足體積小、重量輕、射程遠(yuǎn)、速度快等要求，選用單室雙推力固體火箭發(fā)動機作為火箭系統(tǒng)的動力裝置。火箭系統(tǒng)到達(dá)目標(biāo)空域后，釋放出無人機，無人機在減速傘的作用下降低到巡航速度并開始工作。經(jīng)過試驗，證明了此方法的有效性與實用性。

基于火箭發(fā)射的折疊式無人機載荷較大，使用靈活，任務(wù)多樣，可以滿足戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用、防震減災(zāi)、快速處突等多種任務(wù)的需求，前景十分廣闊。

基于火箭發(fā)射的折疊式無人機

該作品由北京理工大學(xué)宇航學(xué)院飛行器模擬試驗工作室(原機電學(xué)院航模隊)2006級成員馬星煒、黃景懷、丁久輝、陳軍葵、閆偉天合作完成，并獲得2009年第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎。

責(zé)編/吳浪