基于火箭發(fā)射的折疊式無人機(jī)

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(jī)

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(bào)，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(jī)作為現(xiàn)代戰(zhàn)場搜集情報(bào)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(jī)大家族非常重要一員的微小型無人機(jī)卻存在著諸多問題，由于微小型無人機(jī)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(jī)的快速反應(yīng)能力。因此考慮將無人機(jī)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(jī)發(fā)射至任務(wù)空域上空，而后無人機(jī)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(jī)，所以此舉將極大地縮短無人機(jī)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(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃?，使其能夠裝入火箭中進(jìn)行快速發(fā)射。因此，基于火箭發(fā)射的折疊式無人機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

研究小組主要從無人機(jī)的折疊方式、展開機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、無人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等幾個方面進(jìn)行了研究。

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

2.普通布局型

在該布局中，機(jī)翼為矩形，機(jī)翼收起時，旋轉(zhuǎn)90°并向后折疊與機(jī)身貼合；機(jī)翼展開的過程與之相反。該布局機(jī)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(jī)翼面積小，且對連接部位的強(qiáng)度要求較高。

3.桁架型

該布局中，機(jī)翼為尺寸大小可變型，機(jī)翼通過自身的伸縮達(dá)到變形的目的。機(jī)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(shí)現(xiàn)整個機(jī)翼的變形。

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

除機(jī)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(jī)翼的橫截面積，經(jīng)過檢驗(yàn)，完全可以裝入火箭內(nèi)部。

在展開機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)上，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，研究小組通過在機(jī)翼根部設(shè)置扭簧，選用強(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)控制尾翼、尾翼控制機(jī)翼的方式實(shí)現(xiàn)。

在無人機(jī)的發(fā)射上，為使裝載有無人機(jī)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(jī)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(jī)，無人機(jī)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(yàn)，證明了此方法的有效性與實(shí)用性。

基于火箭發(fā)射的折疊式無人機(jī)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(jī)

該作品由北京理工大學(xué)宇航學(xué)院飛行器模擬試驗(yàn)工作室(原機(jī)電學(xué)院航模隊(duì))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