一种可调节姿态的航磁物探无人机翼梢挂载装置

技术领域

本发明涉及无人机航空物探测量技术领域，特别涉及一种可调节姿态的航磁物探无人机翼梢挂载方案。

背景技术

航空磁力测量系统是将磁测设备安装飞机或其他飞行器上，通过磁探头测量地磁场变化梯度来进行探矿等与地磁有关的作业活动的设备系统，通过磁力测量系统的作业可以了解当地矿体分布、地质构造以及为解决水文、环境和考古的相关问题提供参考。无人机航磁物探与有人机相比具有成本低、安全性高、低复杂度等优点，是近年来应用很广的物探方式。

无人机航磁物探测量系统可使用固定翼无人机、垂直起降固定翼无人机、无人直升机以及多旋翼无人机作为空中平台。中国航天科技集团公司使用自研的彩虹3、彩虹4系列固定翼无人机作为空中平台，搭载磁探头形成无人机航空物探作业主体，为多家单位进行了地质、地理物探作业，取得了很好的作业效果。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可调节姿态的航磁物探无人机翼梢挂载装置。

本发明解决技术的方案是：一种可调节姿态的航磁物探无人机翼梢挂载装置，包括主翼外侧垂直段、探头外罩、前伸探杆、磁探头；

无人机主翼段的翼梢安装主翼外侧垂直段，主翼外侧垂直段的两端安装磁探头，磁探头外安装探头外罩；所述前伸探杆与所述主翼外侧垂直段垂直，前伸探杆内安装磁探头；所述的探头外罩使用对称翼型为母线作旋成体，在保证探头外罩能包裹探头的前提下，在当前任务工况下优化对称翼型的弦长和厚度分布，使得所形成的旋成体气动阻力最小。

优选的，主翼外侧垂直段两端的探头外罩之间的距离为探头外罩沿航向方向长度的6倍以上，且在气流方向处于同一坐标位置。

优选的，探头外罩的旋成体轴线与机身轴线平行，探头外罩与主翼外侧垂直段连接处采用圆角平滑过渡。

优选的，每个探头外罩以及前伸探杆中安装磁探头位置均与无人机机体内具有电磁影响的设备保持3米以上距离；三个磁探头相互之间的距离在1.5米以上。

优选的，探头外罩以及主翼外侧垂直段均为空心薄壳结构。

优选的，所述的前伸探杆为空心杆。

优选的，所述前伸探杆与主翼外侧垂直段一体化成型，且此二者作为整体在伺服电机的驱动下能够绕着沿机翼展向的一个定轴转动，其偏离铅垂状态最大角度范围为-30°～+30°，正常工作状态范围为-10°～+10°。

优选的，所述探头外罩、前伸探杆、主翼外侧垂直段均使用玻璃维复合材料。

优选的，所述主翼外侧垂直段为使用对称翼型作为截面拉伸得到的空心柱体，所使用翼型为naca对称翼型系列。

优选的，对称翼型的最大厚度位于探头外罩弦长的0.3位置处。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明设计了一种可调节姿态的航磁物探无人机翼梢挂载方案，使此种无人机具备在主翼外侧同时集成三个磁探头的能力，根据具体作业需求可以调节探头的姿态，使无人机能够进行更为复杂的磁探作业，单侧三探头使得地磁测量结果精度得到有效提高，对比单探头、固定式的双探头具有明显优势。同时，设计了基于对称翼型的水滴形外罩与主翼外侧包裹探头连接杆的垂直段外形，对无人机整体气动性能的提升起到正增益作用。

本发明外形在无人机进行对地磁场探测时，可以有效减少无人机因探头布置带来的额外阻力并且对全机升阻比提供正增益，能很好保证无人机航磁测量作业过程的平稳运行；同时，无人机双侧共6个探头能根据需要调节不同的姿态达到测试要求、提高地磁测量结果的数据精度，提供高质量的地磁测量成果。

附图说明

图1是本发明三相等视外形示意图；

图2是本发明垂直段侧向内部示意图；

图3是本发明机翼内部安装伺服电机示意图；

图4是本发明垂直段整体转动后示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

参考图1-4，本发明一种可调节姿态的航磁物探无人机翼梢挂载装置，用以实现在具有主翼外侧翼稍布置三个磁探头，在探头外部布置整流罩；在机翼内部安装伺服电机11；使无人机能够进行更为复杂的磁探作业，单侧三探头使得地磁测量结果精度得到有效提高。物探无人机的这种磁探头布置方式，其双侧各有3个探头，并且能够绕翼展方向定轴转动，以无人机作为空中平台进行地磁场测量时，较同类作业能显著提高测量结果的数据精度，对现有航空物探系统是有效的改进和提高。具体包括无人机主翼段1、主翼外侧垂直段7、探头外罩4和5、主翼内副翼3、外副翼2、前伸探杆6、伺服电机11；参考图2，包括磁探头8、9、10；

布置于探头外罩4和探头外罩5中的磁探头8/9处于无人机翼梢处，与机身设备的距离足够，因机身设备而产生磁干扰场强度在翼梢处满足磁探头工作所需磁场环境要求；磁探头外罩5在垂直方向上与磁探头外罩4距离足够；另外前伸探杆6前缘、磁探头外罩4和外罩5在航向方向上距离足够。此种布置方式使无人机两侧共6个探头，在进行磁场测量作业时其所处的干扰磁场环境满足要求。经过研究，确定每个探头外罩以及前伸探杆中安装磁探头位置均与无人机机体内具有电磁影响的设备保持3米以上距离；三个磁探头相互之间的距离在1.5米以上能够满足磁探头工作所需磁场环境要求。

固定翼无人机航速较快，因此其外形对阻力的影响大，磁探头外罩4和磁探头外罩5，是将naca对称翼型进行适应本工况的气动外形参数优化后作为母线形成的旋成体(即在保证探头外罩能包裹探头的前提下，在当前任务工况下优化对称翼型的弦长和厚度分布，使得所形成的旋成体气动阻力最小，具体可以采用现有气动优化方法进行优化)，最大限度减小了因探头布置而带来的阻力增量，同时在一定迎角下产生气动升力，为无人机整体气动性能贡献了正增益效果；主翼外侧垂直段的两探头外罩，其旋成体轴线与机身轴线平行，该外罩与垂直段连接处采用圆角平滑过渡；此外，探头外罩4和探头外罩5之间的距离在探头外罩沿航向方向长度的6倍以上，且在气流方向处于同一坐标位置，其相互之间的气动干扰可以忽略，确保消除了因增加部件带来的气动不规律干扰。探头外罩阻力可以达到理论最小，并在无人机具有飞行迎角时提供一定升力；相应地，无人机在空中飞行过程中，包裹磁探头的探头外罩一方面降低了只有探头带来的阻力增量，另一方面保护磁探头免受高速气流冲击影响，防止磁探头收到气流的冲击而受损。

在无人机飞行过程中，受本身气动载荷以及主翼在气动载荷下不规律弹性振动变形的影响，参考图1，在翼稍处增加了参数优化后的对称翼型的垂直段即主翼外侧垂直段，相当于为机翼增加了翼稍小翼，在常用迎角范围内对无人机提供稍许升阻比正增益的作用。主翼外侧垂直段为使用对称翼型作为截面拉伸得到的空心柱体，所使用翼型为naca对称翼型系列。，能起到提供稍许升阻比正增益的作用。所述前伸探杆与所述垂直段一体化成型，所述垂直段与主翼结构通过螺栓固定连接。

参考图4，插入主翼结构中的垂直段和前伸探杆使用碳纤维复合材料制作，例如玻璃纤维复合材料，在保证结构强度和刚度的同时最大限度减小结构重量。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。