无人机投弹测试系统

技术领域

本发明涉及无人机技术，具体涉及一种无人机投弹测试系统。

背景技术

弹药在研发过程中需要对其各个性能参数进行大量实验，其中对弹药的末端弹道性能研究尤其重要，这与弹药的命中率息息相关。在测试弹药性能时，通常通过炮射和高塔投放来模拟其末端弹道，但其需要耗费较大的人力物力财力；随着智能灵巧弹药的发展，对其飞行动力学与电子模块的研究必不可少，此类研究试验通常不含有火工品，因此需要摆脱炮射的方式，而高塔试验局限性较大，利用无人机投弹成为一种较为方便的试验方式。

中国专利201911035358.7中公开了《一种无人机投弹装置》，其利用连接板和挂弹装置将功能弹连接在无人机下方，通过解锁块和弹簧组件实现投弹释放。但其载弹方式为水平载弹，且需要在弹体上附加挂钩装置，而大多数攻顶弹药的末端弹道均为竖直姿态，此种投弹方式的投弹初始姿态无法保证，并且改变弹体外形会对其性能产生较大影响。

中国专利201910528087.2中公开了一种《投弹装置及消防救灾无人机》，其使用储弹筒和限位机构进行装载和投放灭火弹，其投弹装置与无人机固定连接且可以装载多个灭火弹。但由于其投弹装置的固定，只能竖直装弹，不适用于质量较大的弹药，而且在依次投放多个弹药时会对无人机产生较大的偏重，从而产生安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机投弹测试系统，用于模拟和研究弹药的末端弹道特性，使试验研究和使用更加方便。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种无人机投弹测试系统，包括无人机、投弹装置、弹体、地面监测雷达、地面监控站、无线收发系统。

所述投弹装置与无人机连接，用于投放弹体。

所述地面监测雷达用于测量弹体下落过程中的弹道，其测量出的物体观测距离、方位角和沿观测方向的物体径向速度，通过计算公式可以得出弹体下落弹道中相对地面的位置与速度。

所述地面监控站配有无线收发装系统，可以控制无人机飞行、监控无人机状态信息、控制投弹装置装弹与投弹、配合地面监测雷达处理数据、获取并处理弹体的下落弹道。

所述投弹装置，包括连接板、上板、投放筒、电源、遥控正反开关、遥控接收天线、下板、遥控器，以及若干垫块、若干合页、若干卡销、若干拉杆、若干直线伺服电机。

所述连接板与无人机底部固定连接，并通过若干合页与上板连接，使连接板和上板可以相对转动，所述连接板上装有至少一个可以旋转的卡销，用于固定上板，每个合页配有一个垫块，用于匹配上板的厚度。

所述投放筒置于上板与下板之间并固定连接，其周围设有若干拉杆用来承受弹体的主要重力。

所述下板上固定有若干直线伺服电机，其伸缩杆在伸出时可以托住弹体，缩回时可以离开投放筒下方区域使弹体顺利下落，直线伺服电机内部设有限位装置，防止持续供电造成损坏。

所述遥控正反开关可以转换输出的正负极，在给直线伺服电机供电时通过转换正负极来实现其伸出和缩回动作，并配有遥控接收天线用于远距离信号传输。

所述电源用于给遥控装置和直线伺服电机供电。

所述遥控器用于控制遥控正反开关的输出正负极转换，在地面装弹时使用遥控器来控制直线伺服电机载弹，在无人机升空后地面人员使用遥控器控制投弹。

所述投弹装置有竖直状态和水平状态，通过若干合页和卡销来实现旋转和固定，装弹时将投弹装置旋转至水平，将弹体放入投放筒并控制直线伺服电机的伸缩杆伸出，载弹时将投弹装置旋转至竖直并旋转卡销进行固定，投弹时将无人机升空至指定位置，地面人员利用遥控器控制投弹。

所述投弹装置可以模块化使用或与无人机系统集成，所述电源可以使用无人机电池代替，所述遥控正反开关和遥控接收天线可以与无人机内部集成，所述遥控器可以与无人机控制器集成。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明采用竖直式投放筒携带弹体并保证投弹初始姿态，采用直线伺服电机实现载弹与投弹，可以较好地适用于所投弹体外形。

(2)本发明采用遥控正反开关控制直线伺服电机，并配有遥控接收天线，有利于地面人员远距离控制投弹。

(3)本发明投弹装置中的遥控正反开关、遥控接收天线和电源可以和无人机系统集成，方便操作与控制。

(4)本发明采用若干拉杆来承受弹体的主要重量，可以保证投弹装置的强度以及减轻投弹装置的重量。

(5)本发明采用旋转机构来使投弹装置转动至水平，方便装弹。

(6)本发明利用地面监测雷达和弹载记录系统来测量弹体的下落弹道，可以更好的保证测量准确性。

(7)本发明无需在弹体上附加挂弹结构，使用本发明进行投弹，可以较为方便地研究弹的末端弹道性能以及进行目标打击。

附图说明

图1为本发明无人机投弹测试系统组成图。

图2为本发明投弹装置安装示意图。

图3为本发明投弹装置装弹示意图。

图4为本发明投弹装置组成图。

图5为本发明投弹装置载弹状态图。

图6为本发明投弹装置投弹状态图。

图7为本发明投弹装置转动示意图。

图8为本发明投弹装置卡销关闭状态图。

图9为本发明投弹装置卡销打开状态图。

以上图中：1-无人机，2-投弹装置，3-弹体，4-地面监测雷达，5-地面监控站，6-无线收发系统，201-连接板，202-上板，203-垫块，204-合页，205-卡销，206-投放筒，207-拉杆，208-电源，209-遥控正反开关，210-遥控接收天线，211-下板，212-直线伺服电机，213-遥控器。

图10为弹体下落弹道速度-高度曲线图。

图11为弹体下落过程图。

图12为无环境风影响时弹体对地面目标的稳态扫描线。

图13为有环境风影响时弹体对地面目标的稳态扫描线，阴影块表示地面目标。

以上图中：H-弹体高度，V-弹体下落速度，A-弹体下落初始位置，B-稳态扫描时弹体位置，Ω-稳态扫描区域，O-稳态扫描区域中心位置，O

具体实施方式

下面将结合本发明的附图和工作原理，对本发明无人机投弹测试系统做进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的无人机投弹测试系统，包括无人机1、投弹装置2、弹体3、地面监测雷达4、地面监控站5、无线收发系统6。

所述投弹装置2与无人机1连接，用于投放弹体3；

所述地面监测雷达4用于测量弹体3下落过程中的弹道，其测量出的物体观测距离、方位角和沿观测方向的物体径向速度，通过计算公式可以得出弹体下落弹道中相对地面的位置与速度；

所述地面监控站5配有无线收发装系统6，可以控制无人机1飞行、监控无人机状态信息、控制投弹装置2装弹与投弹、配合地面监测雷达4处理数据、获取并处理弹体2的下落弹道。

结合图2～图9，本发明投弹装置包括连接板201、上板202、投放筒206、电源208、遥控正反开关209、遥控接收天线210、下板211、遥控器213，以及若干垫块203、若干合页204、若干卡销205、若干拉杆207、若干直线伺服电机212。

所述连接板201与无人机1底部固定连接，并通过若干合页204与上板202连接，使连接板201和上板202可以相对转动，所述连接板201上装有至少一个可以旋转的卡销205，用于固定上板202，每个合页204配有一个垫块203，用于匹配上板202的厚度。

所述投放筒206置于上板202与下板211之间并固定连接，其周围设有若干拉杆207用来承受弹体的主要重力。

所述下板211上固定有若干直线伺服电机212，其伸缩杆在伸出时可以托住弹体3，缩回时可以离开投放筒206下方区域使弹体3顺利下落，直线伺服电机212内部设有限位装置，防止持续供电造成损坏。

所述遥控正反开关209可以转换输出的正负极，在给直线伺服电机212供电时通过转换正负极来实现其伸出和缩回动作，并配有遥控接收天线210用于远距离信号传输。

所述电源208用于给遥控装置和直线伺服电机212供电。

所述遥控器213用于控制遥控正反开关209的输出正负极转换，在地面装弹时使用遥控器213来控制直线伺服电机212载弹，在无人机升空后地面人员使用遥控器213控制投弹。

所述投弹装置2有竖直状态和水平状态，通过若干合页204和卡销205来实现旋转和固定，装弹时将投弹装置2旋转至水平，将弹体3放入投放筒206并控制直线伺服电机212的伸缩杆伸出，载弹时将投弹装置2旋转至竖直并旋转卡销205进行固定，投弹时将无人机1升空至指定位置，地面人员利用遥控器213控制投弹。

所述投弹装置2可以模块化使用或与无人机系统集成，所述电源208可以使用无人机1电池代替，所述遥控正反开关209和遥控接收天线210可以与无人机内部集成，所述遥控器213可以与无人机控制器集成。

结合图10-11，本发明中弹体的下落过程包括稳态扫描前阶段Ⅰ和稳态扫描阶段Ⅱ，在稳态扫描前阶段Ⅰ，弹体3在A点被释放，做近似自由落体运动，在速度达到最大后，弹体做急剧减速运动并开始自旋，在B点时弹体进入稳态扫描阶段Ⅱ，弹体的下落速度和自转速度保持稳定，扫描角为α，扫描中心为O，扫描区域为Ω，弹体在下落过程中满足以下公式：

上述式中：m为弹体质量(跟随弹体状态变化)，V

弹体在下落过程中，考虑受到环境风风速V

上述式中：(x，y)表示扫描线在地面坐标系OXY中的位置，X

所述扫描角为弹体轴线与垂直线之间的夹角。

在弹体下落的时间段内，目标会产生一定的移动距离，为使扫描轨迹不遗漏目标，还应满足以下公式：

L

L

L

式中：T为弹体自转周期，V