一种可变弹射角度的微型飞行器空中弹射机构

本技术属于微型飞行器领域，具体涉及一种微型飞行器的弹射装置。

背景技术：

1、随着科技的不断发展，微型飞行器作为一种具有广泛应用前景的新型无人机引起人们的广泛关注。微型飞行器体积小、重量轻，可应用于侦察、监测、通信、救援等领域。在各类微型飞行器中，通过模仿自然界中微小型生物飞行的仿生扑翼飞行器尤其受到关注。但这类飞行器的微型化特征也带来一些应用上的问题。以仿生扑翼飞行器为代表的微型飞行器可以模仿不同鸟类或昆虫的飞行方式，设计形式多样，具有较高的运动自由度，因此也具有较高的机动性和适应性，可在复杂多变的环境中执行任务。然而，受微型飞行器体积和重量的限制，其有效载荷携带能力和续航能力受到了一定的限制。

2、为克服这类微型飞行器续航和作战半径的限制，研究人员探索各种解决方案，其中之一是利用中小型无人机作为载机将其携带至目标区域后释放微型飞行器，从而实现更大范围的任务执行能力。微型无人机的释放手段之一是弹射释放。与自由下落释放相比，弹射释放提供更可控的起飞过程。

3、目前国内在微型飞行器弹射装置上研究较少。例如实用新型专利“扑翼飞行器弹射起飞装置”(cn201525506u)提出了一款通过两级弹簧和一系列机械机构实现扑翼飞行器弹射的装置。该装置的主要优点是实现了扑翼飞行器的重复弹射，减少或消除了扑翼飞行器起飞时由人为因素造成的飞行初始状态差异性和不可重复性，其缺点在于传动机构较为复杂且弹射装置体积较大，重量大，不便于安装在中小型无人机上。再如，专利cn216003113u也提出一款通过支撑杆调节弹射角度的装置，这种装置解决了无法对发射角度和发射弹力进行调节的问题，但同样该装置存在着占用空间较大，不易安装于中小型无人机上等缺点。因此，仍有必要针对载机投放微型飞行器这一可能的作业形式，设计结构简单、重量轻、适应复杂场景，特别是支持空中载机释放微型飞行器的弹射装置，解决现有的微型飞行器弹射装置存在体型庞大、结构复杂、应用场合受限等问题，为通过载机飞行扩大微型飞行器的作业距离提供支撑。

技术实现思路

1、针对现有飞行器弹射装置体型庞大、结构复杂、多用于地面端使用，多针对中型以上无人机投放的问题，本发明提出一种可变弹射角度的微型飞行器空中弹射机构。该弹射机构基于中小型载机平台，借助尺寸小、重量轻、结构简单的筒式弹射装置，实现对多个微型飞行器目标的弹射释放；该弹射机构采用悬吊式结构将弹射筒固定在载机平台挂架上实现微型飞行器弹射角度可调，既能够保证微型飞行器运输过程不会从弹射筒中脱落，又能实现微型飞行器释放过程弹射角度可调，从而使被弹射出去的微型飞行器获得特定方向的初速度。

2、一种可变弹射角度的微型飞行器空中弹射机构，包含挂载装置和弹射装置。挂载装置包括顶板、绞盘、绳悬吊口、筒悬吊栓、中心舵机、连接绳；弹射装置包括弹射筒体、弹簧、弹簧盖、舵机架安装底板、舵机架、舵机、环形绳。所述空中弹射机构为悬吊式结构，所述弹射装置借助挂载装置挂载在载机平台下方。所述空中弹射机构随载机平台运动时，待弹射的微型飞行器预先放置在弹射装置的弹射筒体中，弹射装置通过挂载装置固定在载机平台下方；随载机到达任务区域后，微型飞行器根据确定的弹射角度借助弹射装置发射出去。

3、所述挂载装置顶板为一六边形吊盘，位于挂载装置顶部，顶板吊盘上表面设置竖直卡口，借助卡口实现挂载装置与中小型载机平台的连接。顶板下表面中心有一圆形绞盘，绞盘下方固定一中心舵机，所述中心舵机连接舵盘，舵盘与绞盘同轴固连，舵盘通过舵机旋转运动带动绞盘旋转。六边形顶板下表面的六个顶点附近各设有一绳悬吊口和一筒悬吊栓，吊栓中孔，与弹射筒的悬吊孔同轴连接，借助所述绞盘转动与连接绳的牵拉实现对弹射筒悬吊角度的调节。所述挂载装置绞盘上部为圆柱环，环上开槽，每个弹射筒的绳悬吊穿线孔所穿过的连接绳在调整弹射角度时可收纳入绞盘的开槽内。所述绞盘沿圆周方向上按角度等分为六处，每处各钻有小孔，供每根连接绳的一端穿过并打结。每根连接绳的另一端穿过顶板下部的绳悬吊口和弹射筒的绳悬吊穿线孔，并打结，固定在所述弹射装置弹射筒上。绞盘转动，连接绳的一端沿绞盘的圆周方向移动，另一端牵拉弹射筒，弹射筒绕筒悬吊孔转动，实现弹射角度的调节。

4、接下来介绍所述弹射装置组成及功能。

5、所述弹射装置以所述弹射筒为主体，所述弹射筒体以筒口为首端，以另一端为末端，弹射筒体末端部分为弹簧固定区域，筒体内由内向外依次放置弹簧、弹簧盖和目标弹射物(微型飞行器)。所述弹簧固定区域的筒体采用中空设计便于检查弹簧状态和更换。所述弹射筒体末端处底板和弹簧盖均设有两个贯通孔，供环形绳穿过弹簧盖和弹射筒，以保证弹簧盖不会随微型飞行器释放一并弹出。

6、所述弹簧底部与弹射筒体末端固连，弹簧自由端与弹簧盖底部固连，弹簧释放后可推动弹簧盖进而带动目标弹射物向外发射。为保证弹簧仅产生轴向压缩，而不发生弯曲变形而在弹射筒内卡壳，在弹射筒体的末端位置和弹簧盖底部设置弹簧限位筒，弹簧限位筒直径比弹簧外径略大。

7、所述弹射筒体末端有舵机架安装底板的固定机构，其上有多组沿弹射方向的螺纹孔，每组螺纹孔可与舵机架安装底板通过底板限位螺钉连接，用以调节舵机架安装底板的位置，并以此改变舵机与弹簧的距离，进而调节弹簧压缩行程以控制弹力大小。

8、所述舵机通过舵机紧固螺钉固定在舵机架上。所述柔性绳单匝绕在舵机摇臂的开槽上，绕过舵机摇臂开槽的两端之后依次穿过所述弹射筒体底部的两个贯通孔和所述弹簧内部的空间且不与所述弹簧接触，最终穿过所述弹簧盖上两个贯通孔，并在穿出所述弹簧盖贯通孔的一侧打结，形成环形绳。环形绳在弹射筒体末端处安装的舵机开槽摇臂的限位下，牵拉弹簧盖压缩弹簧，此时舵机摇臂与所述舵机架安装底板平行，这样保证环形绳不会从摇臂开槽内脱落。当需要弹射微型飞行器时，摇臂转动释放环形绳，弹簧伸长，从而实现弹射过程。

9、所述舵机摇臂的旋转面应保证在弹簧压缩(即目标弹射物随载机平台飞行时)与环形绳共面。

10、根据微型飞行器的重量适配弹簧弹力，所需弹力较大时，需增大所述弹簧行程，反之减小。当需要增加弹簧行程产生较大弹力时，将所述舵机架安装底板与距离所述弹簧较远的限位螺纹孔匹配，通过所述舵机连接的环形绳将所述弹簧压缩较大的行程，获得较大弹性势能。当需要以较小的弹力弹射时，可将所述舵机架安装底板与距离所述弹簧较近的限位螺纹孔匹配，缩小所述弹簧的行程，获得较小的弹性势能。

11、所述弹射筒体上设有弹射筒悬吊孔和绳悬吊穿线孔，用以连接挂载装置并保证悬吊角度的可调，达到调节微型飞行器释放角度的目标。

12、本发明空中弹射机构所述挂载装置六边形顶板下表面的六个顶点附近各设有一绳悬吊口和一筒悬吊栓，进行弹射装置挂载，因而具备同时释放最多六架微型飞行器的能力，并可通过悬吊角度的调整确保中小型无人机机动运动时微型飞行器均不会从弹射筒中脱落。

13、本发明一种可变弹射角度的微型飞行器空中弹射机构其应用方法如下：

14、1)环形绳在弹射筒体末端处舵机开槽摇臂的限位下，牵拉弹簧盖压缩弹簧，弹簧卡位，之后将微型飞行器装填在弹射筒体内；

15、2)控制中心舵机带动绞盘转动，连接绳牵拉弹射筒绕筒悬吊孔转动至与水平面夹角较大的角度(如大于45度)，保证微型飞行器不会从弹射筒体内脱落，起飞携行；

16、3)载机平台飞到目标区域上方，根据风速、微型飞行器质量、弹射初速度确定最佳弹射角度，控制中心舵机的旋转舵量保证连接绳收放至特定长度，连接绳牵拉弹射筒绕弹射筒悬吊孔转动至目标弹射角度；

17、4)待要弹射时，弹射筒体末端的舵机接收信号，开槽摇臂旋转释放弹射筒体内的环形绳，弹簧伸长，实现微型飞行器的弹射；单台挂载装置可连接多个弹射装置，

18、每个弹射装置内的舵机可同时接收信号，可实现多个飞行器可同时释放的功能。

19、本发明的有益效果是：

20、1、本发明结构轻巧简单，产品重量轻，成本低，可实时调整弹射俯仰角，以快速适应不同场景，可随目标弹射物体形状变化而更改弹射筒通孔形状，并相应地更改弹簧及弹簧盖的形状及规格，适用范围广，结构简单，可靠性程度高；

21、2、本发明可满足多个物体同时释放要求，精确度高，可满足现“一对多”的应用需求，即一次信号实现多个弹射筒的角度调节。

22、3、本发明可脱离地面端使用，由中小型机载平台在空中释放微型飞行器，实现“子母机”的应用效果。