一种筒式发射的旋翼巡飞弹及其工作方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，尤其是涉及一种筒式发射的旋翼巡飞弹及其工作方法。

背景技术

随着无人机的飞速发展，无人机已广泛的应用在航空航天、测绘等领域，尤其是军用、警用领域。随着控制与致导技术的发展，无人机巡飞弹因其独特的优势得到了广泛的应用，目前，巡飞弹的主流是以固定翼为主，因其具备巡航速度快、滞空时间长等优点，广泛的应用在大范围侦察方面，但受转弯半径的限制，不适用于反斜面侦察；以旋翼无人机为载体的巡飞弹兼具旋翼无人机的优点，可以快速部署，可以实现定点悬停，目前多处于研制阶段，但受飞弹发射方式、体积等限制，巡飞距离和区域有限，不具备长时间侦察能力。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种筒式发射的旋翼巡飞弹及其工作方法，以解决上述现有技术中存在的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种筒式发射的旋翼巡飞弹，包括一级推进装置、减速伞、二级推进装置、多旋翼无人机、战斗部和导引头，所述多旋翼无人机尾部安装二级推进装置，所述二级推进装置尾部安装减速伞，所述减速伞尾部安装一级推进装置，所述多旋翼无人机前部安装战斗部，所述战斗部前部安装导引头。

进一步的，所述多旋翼无人机包括电池舱体、机臂组件、机体主体、机臂锁死机构和飞控，所述电池舱体尾部安装二级推进装置，所述电池舱体前部安装机体主体，所述机体主体内部安装多个机臂组件，每个所述机臂组件一侧分别连接一个机臂锁死机构，所述机臂锁死机构安装至机体主体内部，所述机体主体中部安装飞控，所述机体主体前部安装战斗部。

进一步的，所述一级推进装置包括燃烧室、喷管、点火具、推进装置底座、弹簧和L型片，所述减速伞上设置有多个条形槽，所述喷管尾部安装燃烧室，所述燃烧室内部安装点火具，所述喷管前部安装推进装置底座，所述推进装置底座前部中部安装有弹簧，所述推进装置底座前部周向均匀安装多个L型片，所述L型片与条形槽配合使用。

进一步的，所述二级推进装置包括二级推进舱体及其内部的燃烧室壳体、复合喷管、推进剂和二级点火具，所述二级推进舱体尾部连接至减速伞，所述二级推进舱体前部连接至电池舱体，所述二级推进舱体内部安装燃烧室壳体，所述燃烧室壳体内部安装推进剂，所述燃烧室壳体前部嵌套二级点火具，所述燃烧室壳体尾部安装复合喷管。

进一步的，所述机体主体包括机体本体、弹体罩、机臂轴、外挡圈、内挡圈和固定环，所述机体本体尾部安装电池舱体，所述机体本体前部安装战斗部，所述机体本体中部安装飞控，所述机体本体周向通过固定环对称安装2个弹体罩，所述机体本体两端分别安装多个机臂轴，每个所述机臂轴底部安装内挡圈，每个所述机臂轴中部安装一个外挡圈，每个所述机臂轴外部套接一个机臂组件，且所述机臂组件与外挡圈相连接，所述机体本体两端还分别安装多个机臂锁死机构，一个机臂锁死机构与一个机臂组件相连接。

进一步的，所述机臂组件包括机翼、扭簧、电机、桨毂和螺旋桨，所述机翼一端开设有通孔，所述机翼一端通过通孔安装至机体主体的机臂轴，所述通孔和机臂轴之间设置有扭簧，所述机翼另一端安装电机，所述电机的输出轴安装至桨毂中部，所述桨毂两侧分别安装有一个螺旋桨。

进一步的，所述机臂锁死机构包括销轴安装件、限位销、压簧，所述机体本体上设置有多个安装孔，所述销轴安装件安装至机体本体上，且所述销轴安装件位于安装孔一侧，所述销轴安装件上设置有圆孔，所述压簧放置于圆孔内，所述限位销上设置有阶梯凸台，所述限位销依次穿入压簧内径、安装孔后滑动设置于机翼的导向槽内。

进一步的，一种筒式发射的旋翼巡飞弹的工作方法，包括以下步骤：

S1、将旋翼巡飞弹携行至作战区域，通过发射筒给旋翼巡飞弹上电，旋翼巡飞弹开始自检；

S2、自检完成后，确定通信是否正常，卫星是否成功定位；

S3、待通信正常和卫星定位成功后，根据作战任务装订航线信息或者目标的位置信息，信息装订完成后下载装订信息，确认装订信息装订成功；

S4、根据自检状态，确定是否具备发射状态，若不具备发射状态，更换下一枚巡飞弹；

S5、具备发射状态后，地面作战人员以设定仰角状态点燃一级推进装置，巡飞弹以设定速度出趟；

S6、巡飞弹飞控实时监测发射过载g1，待发射过载g1＜g0时，飞控开始计时，开始进行姿态解算；

S7、当飞行速度降至一定阈值时，弹簧将一级推进装置推出，实现自动抛放；

S8、飞控计时达到t1时，点火二级推进装置，巡飞弹在二级推进装置的作用下，飞行速度进一步提升；

S9、飞控计时达到t2时，自动开启减速伞，巡飞弹在减速伞的作用下，开始大幅度减速，飞控实时监测飞行速度v1，当飞行速度v1＜v0时，自动抛放减速伞；

S10、待减速伞抛放完成后，自动控制机臂组件弹开，实时监测巡飞弹的俯仰角度θ1和横滚角度ψ1，当俯仰角度θ1＜θ0，横滚角度ψ1＜ψ0时，飞控自动控制电机解锁，自动稳定飞行姿态；

S11、根据装订的航迹信息或目标的位置信息，自动规划航线，沿航线飞行至目标区域上空悬停，开始对作战区域侦察；

S12、导引头具备对目标自动识别功能，根据回传的图像信息，地面作战人员人工确定目标后，导引头开始对目标进行自动锁定、跟踪；

S13、待地面作战人员确定攻击目标时，下达攻击指令，巡飞弹根据图像引导，自动控制自身姿态，俯冲攻击目标。

相对于现有技术，本发明所述的一种筒式发射的旋翼巡飞弹及其工作方法具有以下优势：

(1)本发明所述的一种筒式发射的旋翼巡飞弹及其工作方法，旋翼巡飞弹设置有一级推进装置，在发射阶段通过一级推进装置获得初速，可以实现快速部署，在飞行过程中一级推进装置可通过机构实现自动抛放，降低了巡飞弹的重量，提升了巡飞弹的作战时间；旋翼巡飞弹设置有二级推进装置，可进一步提高巡飞弹的飞行速度，实现旋翼巡飞弹的增程，弥补旋翼巡飞弹作战距离不足的缺点，确保巡飞弹快速达到预设高度和预设位置；针对发射型旋翼巡飞弹，通过合理设计机体主体结构和机臂弹开、收纳结构形式，大幅度减小收纳尺寸，满足过载要求，可实现旋翼巡飞弹的筒式发射。

(2)本发明所述的一种筒式发射的旋翼巡飞弹及其工作方法，机臂采用错位布局的结构设计形式，极大限度的减小了旋翼巡飞弹的收纳空间，满足筒式发射要求；机臂具备快速弹开和锁死功能，通过弹开机构，可实现机臂的快速弹开，通过锁死机构，可实现机臂的锁死，确保机臂在反扭矩作用下能锁死；攻击阶段，通过图像引导飞控，自动控制巡飞弹的姿态和位置，实现自动俯冲攻击目标，智能化程度高。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的整体结构示意示意图；

图2为本发明实施例所述的一级推进装置示意图；

图3为本发明实施例所述的二级推进装置示意图；

图4为本发明实施例所述的二级推进装置剖视示意图；

图5为本发明实施例所述的机臂组件、机臂锁死机构连接示意图；

图6为本发明实施例所述的机臂组件、机臂锁死机构连接等轴方向示意图；

图7为本发明实施例所述的机体主体示意图；

图8为本发明实施例所述的机臂锁死机构示意图；

图9为本发明实施例所述工作方法流程示意图。

图10为本发明实施例所述工作方法飞行路径示意图。

附图标记说明：

1、一级推进装置；11、燃烧室；12、喷管；13、推进装置底座；14、弹簧；15、L型片；2、减速伞；21、条形槽；3、二级推进装置；31、二级推进舱体；32、燃烧室壳体；33、复合喷管；34、推进剂；35、二级点火具；4、电池舱体；5、机臂组件；51、机翼；52、扭簧；53、电机；54、桨毂；55、螺旋桨；6、机体主体；61、机体本体；62、弹体罩；63、机臂轴；64、外挡圈；65、内挡圈；66、固定环；7、战斗部；8、机臂锁死机构；81、销轴安装件；82、限位销；83、压簧；9、导引头；10、飞控。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图10所示，一种筒式发射的旋翼巡飞弹，巡飞弹系统构成：本发明由一级推进装置1、减速伞2、二级推进装置3、多旋翼无人机、战斗部7、导引头9等构成。

一级推进装置1主要由燃烧室11、喷管12、点火具、推进装置底座13、弹簧14、L型片15组成，发射时可提供一级推进动力，确保巡飞弹以一定速度出趟，推进后靠弹簧14抛放一级推进装置1，可以实现快速部署。

在本发明一种优选的实施方式中，在发射筒内受发射筒径约束，L型片15无法转动，减速伞2上设置有多个条形槽21，可限制L型片15的位置。发射时一级推进装置1提供较大的推力，沿弹轴产生一定的过载，待推力下降至一定阈值时，弹簧14将一级推进装置1推出，L型片15向外侧转动，从减速伞2的条形槽中脱出，实现一级推进装置1的抛放。

在本发明一种优选的实施方式中，二级推进装置3推进后，巡飞弹速度增幅比较大，此时不益于机臂组件5的展开，减速伞2可以降低巡飞弹的飞行速度，减速一定速度后抛放减速伞2。

在本发明一种优选的实施方式中，二级推进装置3主要由二级推进舱体31、燃烧室壳体32、复合喷管33、推进剂34、二级点火具35组成，一端固定在电池舱体4上，另一端连接减速伞2，主要作用是提高巡飞弹的飞行速度，实现旋翼巡飞弹的增程，弥补旋翼巡飞弹作战距离不足的缺点，确保巡飞弹快速达到预设高度和预设位置。

在本发明一种优选的实施方式中，多旋翼无人机由机体主体6、机臂组件5、机臂锁死机构8、电池舱体4、飞控10等构成，飞控10为多旋翼无人机的飞行控制系统，为现有技术，本申请不限定多旋翼的轴数。

在本发明一种优选的实施方式中，机体主体6由机体本体61、弹体罩62、机臂轴63、外挡圈64、内挡圈65、固定环66等组成。机体本体61中间区域设置有方形槽，用于安装飞控；是机载设备和任务载荷的载体，机体本体61上设置有多个轴承孔，用于安装机臂轴63、外挡圈64、内挡圈65，可确保机臂组件5无阻力转动；机体本体61上设置有多个安装孔，用于安装机臂锁死机构，机体本体61上安装有固定环66，用于固定弹体罩。

在本发明一种优选的实施方式中，机臂组件5由机翼51、扭簧52、桨毂54和螺旋桨55结构组成，机臂组件5一端固定在机体主体6的机臂轴63上，另一端可以安装电机53，机翼51端部设置有扭簧52，在扭簧52扭力的作用下，可以实现机臂组件5的快速弹开。

在本发明一种优选的实施方式中，机臂组件5采用错位布局的结构设计形式，受巡飞弹口径、重量、电机53尺寸等限制，通过机翼51和机体本体61的结构设计和结构布局，满足收纳时机臂组件5错位布局在圆筒内，展开时驱动电机53均分布在平行平面上。机翼51端部侧面设置有导向槽，可限制限位销82的位置，机翼51端部设置有圆孔，通过圆孔安装在机臂轴63上，圆孔和机臂轴63之间设置有扭簧52，在扭簧52扭力的作用下实现机臂组件5的快速弹开，电机53通过电调控制其启停和转速，电机53的数量取决于多旋翼无人机的轴数。

在本发明一种优选的实施方式中，机臂锁死机构8主要由销轴安装件81、限位销82、压簧83等组成，固定在机体本体61上，销轴安装件81上设置有圆孔，压簧83可放置圆孔内，限位销82上设置有阶梯凸台，限位销82穿入压簧83内径上，通过阶梯凸台压缩压簧83，销轴安装件81上设置有两个固定孔，压缩压簧83后整体安装在机体本体61上，机臂组件5展开时，限位销82在机翼51的导向槽上滑动，机翼51的导向槽的末端设置有限位孔，限位销82与限位孔配合，可实现机臂组件5的锁死。

在本发明一种优选的实施方式中，电池舱体4分布在机体本体61后端，固定在机体本体61上。

在本发明一种优选的实施方式中，战斗部7、导引头9为现有技术，由现有的伺服增稳平台、图像处理模块、传感器等组成，不限定伺服稳定平台的类型和传感器的类型，可识别多类型目标，可实现对目标稳定跟踪。伺服增稳平台主要由现有的伺服增稳平台结构、驱动部件、角度传感器、惯性测量单元等组成，主要作用是稳像；图像处理模块的主要作用是识别目标、稳定跟踪目标；传感器的作用是对目标进行侦察。

在本发明一种优选的实施方式中，飞控10根据导引头9回传的姿态信息和目标的脱靶量信息，控制巡飞弹调整姿态和高度对准目标，以一定角度俯冲攻击目标。

一种筒式发射的旋翼巡飞弹的工作方法，旋翼巡飞弹的控制过程如下：

S1、将旋翼巡飞弹携行至作战区域，通过发射筒给旋翼巡飞弹上电，旋翼巡飞弹开始自检；

S2、自检完成后，确定通信是否正常，卫星是否成功定位；

S3、待通信正常和卫星定位成功后，根据作战任务装订航线信息或者目标的位置信息，信息装订完成后下载装订信息，确认装订信息装订成功；

S4、根据自检状态，确定是否具备发射状态，若不具备发射状态，更换下一枚巡飞弹；

S5、具备发射状态后，地面作战人员以一定仰角状态点燃一级推进装置1，巡飞弹以一定速度出趟；

S6、巡飞弹飞控实时监测发射过载g1，待发射过载g1＜g0时，飞控开始计时，开始进行姿态解算；

S7、当飞行速度降至一定阈值时，弹簧14将一级推进装置1推出，实现自动抛放；

S8、飞控计时达到t1时，点火二级推进装置3，巡飞弹在二级推进装置3的作用下，飞行速度进一步提升；

S9、飞控计时达到t2时，自动开启减速伞2，巡飞弹在减速伞2的作用下，开始大幅度减速，飞控实时监测飞行速度v1，当飞行速度v1＜v0时，自动抛放减速伞2；

S10、待减速伞2抛放完成后，自动控制机臂组件5弹开，实时监测巡飞弹的俯仰角度θ1和横滚角度ψ1，当俯仰角度θ1＜θ0，横滚角度ψ1＜ψ0时，飞控自动控制电机53解锁，自动稳定飞行姿态；

S11、根据装订的航迹信息或目标的位置信息，自动规划航线，沿航线飞行至目标区域上空悬停，开始对作战区域侦察；

S12、导引头9具备对目标自动识别功能，根据回传的图像信息，地面作战人员人工确定目标后，导引头9开始对目标进行自动锁定、跟踪；

S13、待地面作战人员确定攻击目标时，下达攻击指令，巡飞弹根据图像引导，自动控制自身姿态，俯冲攻击目标。

本发明的优势：

1、旋翼巡飞弹设置有一级推进装置，在发射阶段通过一级推进装置获得初速，可以实现快速部署，在飞行过程中一级推进装置可通过机构实现自动抛放，降低了巡飞弹的重量，提升了巡飞弹的作战时间。

2、旋翼巡飞弹设置有二级推进装置，可进一步提高巡飞弹的飞行速度，实现旋翼巡飞弹的增程，弥补旋翼巡飞弹作战距离不足的缺点，确保巡飞弹快速达到预设高度和预设位置。

3、针对发射型旋翼巡飞弹，通过合理设计机体主体结构和机臂弹开、收纳结构形式，大幅度减小收纳尺寸，满足过载要求，可实现旋翼巡飞弹的筒式发射。

4、机臂采用错位布局的结构设计形式，极大限度的减小了旋翼巡飞弹的收纳空间，满足筒式发射要求。

5、机臂具备快速弹开和锁死功能，通过弹开机构，可实现机臂的快速弹开，通过锁死机构，可实现机臂的锁死，确保机臂在反扭矩作用下能锁死。

6、攻击阶段，通过图像引导飞控，自动控制巡飞弹的姿态和位置，实现自动俯冲攻击目标，智能化程度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。