基于仿生4D打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置

本发明属于仿生4d打印领域，特别涉及基于仿生4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置。

背景技术：

1、近几年无人机应用迅速发展，小型无人机具有隐蔽性能好、生存能力强以及侦察能力突出的优点，且成本低廉，在农业植保、航拍、监控、巡视等领域有广泛的应用。

2、小型无人机可携带不同种类的载荷，实施不同的任务。在播种天山雪莲时可以利用无人机播种、在监测恶劣环境时可以利用无人机投放传感器，对于治安管控、反恐维稳等应用，需要无人机携带催泪瓦斯、闪光弹等载荷，并在合适的时机将载荷发射出去。目前部分载荷发射投放装置依赖载荷自身的重力来投放，这种投放方式的载荷速度低下落时间长，方向位置误差大；或者利用其他方式通过电机弹射装置发射载荷，但是由于设计原理不够合理导致发射装置笨重复杂或者发射催动方式复杂，亦或者不能实现多级发射投放以及由于结构限制只能向一个方向投射，实用性稍差。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于仿生4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置，以解决由于设计原理导致载荷发射装置笨重复杂、或者发射催动方式复杂且不能实现多级发射投放，以及由于结构限制只能向一个方向投射的问题。

2、本发明采取的技术方案是，包括主发射腔、一级限制带、弹性带、夹持爪、侧压板和二级限制带，其中主发射腔的两侧板和主发射腔的两根竖直带分别固定连接在主发射腔的底板下方，两个侧压板通过螺栓分别固定在主发射腔的侧板的外侧中间位置，两条一级限制带两端分别与侧压板和主发射腔的侧板固定连接，二级限制带两端分别与两根竖直带的中间位置固定连接，弹性带的两端分别与主发射腔的侧板的内侧中间位置固定连接，弹性带上部的左右两侧与主发射腔的两条竖直带固定连接，夹持爪中的一级夹持爪的两爪分别固定连接在侧压板和主发射腔的侧板上，形成左右夹持状态，用以夹持一级载荷，二级夹持爪通过螺栓连接在主发射腔的底板的前后面上，二级夹持爪位于主发射腔的前后两侧，用以夹持二级载荷。

3、所述主发射腔的侧板、一级限制带、一级夹持爪、侧压板组成一级载荷发射装置，其中一级载荷被夹持在一级夹持爪上，一级限制带遇到红外光加热后温度升高，当温度达到材料的玻璃化转变温度后，一级限制带转变为高弹态，材料缩短失去限制作用，由于侧压板与主发射腔的侧板通过螺栓连接固定不发生弯曲，而主发射腔的侧板是弹性材料，所以主发射腔下半侧板向左右两边伸展，通过一级夹持爪挤压一级载荷，一级载荷在挤压下向外发射出去，同时主发射腔的侧板向左右两边打开形成通道，以供二级载荷发射。

4、所述一级载荷在对应一级夹持爪夹持的两边部位分别设有一个浅的小凹槽以便夹持。

5、所述主发射腔的竖直带、弹性带、二级夹持爪、二级限制带组成二级载荷发射装置，其中二级载荷被二级夹持爪夹持在弹性带的下方，二级限制带通电后由于电流的热效应使温度升高，当温度达到材料的玻璃化转变温度后，二级限制带转变为高弹态失去限制作用，主发射腔的竖直带被释放，其下方的弹性带也释放弹性势能，弹性带弹射在二级载荷上，将二级载荷发射出去。

6、所述二级载荷在对应二级夹持爪夹持的载荷颈部设有一个小凹环面，使夹持更稳定。

7、一种基于仿生4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置的成形方法，包括下列步骤：

8、步骤一、制备4d打印材料：打印主发射腔、侧压板和夹持爪的材料为聚醚醚酮；打印一级限制带的材料为聚乳酸；打印二级限制带材料配比为聚乳酸80~90份，碳纳米管10~20份；打印弹性带的材料为聚碳酸酯，先将以上材料颗粒分别按比例干燥，随后置入球磨机中进行混合，混合完成之后取出混合物，用双螺杆挤出机制备出4d打印材料丝材；

9、步骤二、根据4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置的尺寸进行一体化打印，打印刚完成时，由于温度高于一级限制带聚乳酸的玻璃化转变温度，聚乳酸为高弹态，主发射腔的侧板不发生弯曲，冷却后聚乳酸回复玻璃态，从而使主发射腔的侧板弯曲，具有一定的弹性势能；二级限制带冷却后聚乳酸回复玻璃态，材料的刚度较大不易发生变形，从将两根竖直带拉向中间，从而使竖直带具备了一定的弹性势能。

10、本发明的有益效果：

11、1.采用4d打印的特殊材料在不同条件下发生力学性能的变化从而为发射载荷提供弹性势能，这种材料密度小强度高，规避了传统的复杂结构，结构轻巧重量小。

12、2.通过巧妙的设计发射装置利用特殊材料在不同条件下发生力学性能的变化，从而为发射载荷提供弹性势能将载荷以较高速度发射出去，解决了传统载荷发射装置催动方式复杂的问题。

13、3.本装置的限制带可以由不同的特殊材料制作而得，故可以有多种不同的触发方式，并且在结构上巧妙设计实现了多级发射，解决了传统载荷发射装置实用性稍差的问题。

14、4.在无人机的多个方位上安装发射装置，解决了传统载荷发射装置不能朝多个方向发射的问题，由此可以满足不同的应用需求，制造成本低，实用性强。

技术特征：

1.一种基于仿生4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置，其特征在于：包括主发射腔、一级限制带、弹性带、夹持爪、侧压板和二级限制带，其中主发射腔的两侧板和主发射腔的两根竖直带分别固定连接在主发射腔的底板下方，两个侧压板通过螺栓分别固定在主发射腔的侧板的外侧中间位置，两条一级限制带两端分别与侧压板和主发射腔的侧板固定连接，二级限制带两端分别与两根竖直带的中间位置固定连接，弹性带的两端分别与主发射腔的侧板的内侧中间位置固定连接，弹性带上部的左右两侧与主发射腔的两条竖直带固定连接，夹持爪中的一级夹持爪的两爪分别固定连接在侧压板和主发射腔的侧板上，形成左右夹持状态，用以夹持一级载荷，二级夹持爪通过螺栓连接在主发射腔的底板的前后面上，二级夹持爪位于主发射腔的前后两侧，用以夹持二级载荷。

2.根据权利要求1所述的基于仿生4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置，其特征在于：所述主发射腔的侧板、一级限制带、一级夹持爪、侧压板组成一级载荷发射装置，其中一级载荷被夹持在一级夹持爪上，一级限制带遇到红外光加热后温度升高，当温度达到材料的玻璃化转变温度后，一级限制带转变为高弹态，材料缩短失去限制作用，由于侧压板与主发射腔的侧板通过螺栓连接固定不发生弯曲，而主发射腔的侧板是弹性材料，所以主发射腔下半侧板向左右两边伸展，通过一级夹持爪挤压一级载荷，一级载荷在挤压下向外发射出去，同时主发射腔的侧板向左右两边打开形成通道，以供二级载荷发射。

3.根据权利要求2所述的基于仿生4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置，其特征在于：所述一级载荷在对应一级夹持爪夹持的两边部位分别设有一个浅的小凹槽以便夹持。

4.根据权利要求1所述的基于仿生4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置，其特征在于：所述主发射腔的竖直带、弹性带、二级夹持爪、二级限制带组成二级载荷发射装置，其中二级载荷被二级夹持爪夹持在弹性带的下方，二级限制带通电后由于电流的热效应使温度升高，当温度达到材料的玻璃化转变温度后，二级限制带转变为高弹态失去限制作用，主发射腔的竖直带被释放，其下方的弹性带也释放弹性势能，弹性带弹射在二级载荷上，将二级载荷发射出去。

5.根据权利要求4所述的基于仿生4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置，其特征在于：所述二级载荷在对应二级夹持爪夹持的载荷颈部设有一个小凹环面，使夹持更稳定。

6.如权利要求1~5任一项所述基于仿生4d打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置的成形方法，其特征在于，包括下列步骤：

技术总结本发明涉及基于仿生4D打印技术辅助的无人机载荷多级发射装置，属于仿生4D打印领域。两个侧压板通过螺栓分别固定在主发射腔的侧板的外侧中间位置，两条一级限制带两端分别与侧压板和主发射腔的侧板固定连接，二级限制带两端分别与两根竖直带的中间位置固定连接，弹性带的两端分别与主发射腔的侧板的内侧中间位置固定连接，夹持爪用以夹持载荷。优点是利用4D打印在不同条件下，使材料力学性能发生较大的变化从而产生弹性势能将载荷发射出去，并且在结构上实现了多级发射和多方向发射，由此可以满足不同的应用需求，实用性强。技术研发人员：李桂伟,李成林,吴文征,冯宇轩,孙浩岚,李旗,聂玉海,赵继,任露泉受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9