连发无人机电磁弹射系统及无人机机库的制作方法

本实用新型属于无人机弹射起飞技术领域，具体地涉及一种采用无人机机库的连发型无人机电磁弹射系统。

背景技术：

随着现代战争形态的不断发展，当今的军事作战方式发生了巨大的变化，伴随着集群作战、协同作战、无人作战等新型作战理念的出现，无人机集群已成为必不可少的军事装备，对无人机集群技术展开研究具有非凡意义。无人机集群起飞方式是当前无人机技术研究的热点问题，电磁弹射这种新兴的无人机起飞方式，与传统起飞方式相比优势明显。

目前的状况是不超过50kg的无人机采用橡皮筋弹射，100kg左右的无人机采用气动弹射方式，不超过500kg的多采用液压/气动方式，2000kg以内的采用火箭助推方式，这些方式都存在控制和操作麻烦的缺点，对操作人员要求较高。并且这些发射方式的速度都难以控制，每种发射方式能使用的无人机种类较少。此外，火箭助推方式涉及到使用火药，因此安全保障工作量大。再者，还存在设备体积大、机动性差、能耗大等缺点，影响战场形势。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出了一种连发无人机电磁弹射系统及无人机机库。其具有弹射起飞全程可控、发射间隔短、发射成本低的优势。本实用新型还具有具有机动性强、隐蔽性好、能根据不同任务要求发射不同数量无人机集群等特点，这是一种对传统无人机起飞方法的完善，也是填补国内外利用单台电磁弹射器弹射无人机群的研究空白。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

连发无人机电磁弹射系统，包括无人机电磁弹射装置和无人机机库，所述无人机电磁弹射装置包括弹射机架、无人机弹射平台以及弹射电机，弹射机架上设置有弹射导轨，无人机弹射平台滑动连接在弹射导轨上，无人机弹射平台与弹射电机连接，能够在弹射电机的驱动下沿弹射导轨双向运动，弹射导轨的一端为无人机加载端，弹射导轨的另一端为无人机弹射端；所述无人机机库设置在无人机电磁弹射装置其无人机弹射端的一侧，所述无人机机库包括能够搭载一定数量无人机的传送机构，能够将其所搭载的无人机填装至处于无人机加载端的无人机弹射平台上；无人机弹射平台在无人机加载端搭载无人机后，无人机弹射平台在弹射电机的驱动下沿弹射导轨向无人机弹射端加速运动，实现无人机的弹射起飞后，无人机弹射平台制动并沿弹射导轨反向运动至无人机加载端，实现无人机弹射平台的复位，以准备下一次的无人机加载以及弹射。

作为本实用新型的优选方案，所述无人机机库包括垂直支撑框架，所述传送机构设置在垂直支撑框架内；所述传送机构包括滑动机构和一层以上的传动平台，一层以上的传动平台安装在滑动机构上，所述垂直支撑框架上设有垂直轨道，所述滑动机构与垂直支撑框架上的垂直轨道滑动连接，传动平台在滑动机构的带动下沿着垂直支撑框架上下滑动。

作为本实用新型的优选方案，所述滑动机构包括滑动电机、滑台、水平支撑平台以及导杆，所述滑台有多个，各滑台由滑动电机驱动，所述垂直支撑框架上设有与各滑台对应的垂直轨道；一层以上的水平支撑平台之间通过多根导杆安装连接在一起后作为一个整体与各滑台安装连接；滑动电机驱动各滑台，在各滑台的带动下，同步带动各水平支撑平台上下滑动。进一步地，相邻层的水平支撑平台之间通过多根可伸缩的导杆安装连接在一起。

作为本实用新型的优选方案，所述传动平台包括安装座、传动电机、皮带传动组件以及传送导轨，所述传动平台通过安装座安装在各水平支撑平台上，安装座上设有传动电机以及传送导轨，传动电机与传送导轨之间通过皮带传动组件传动连接，所述传送导轨上能够安置一定数量的无人机。

作为本实用新型的优选方案，所述各滑动电机连接有减速箱，各减速箱的输出端和各滑台之间通过中间传动机构传动连接，滑动电机驱动对应的减速箱，进而通过中间传动机构带动各滑台同步运动，实现各滑台沿着垂直导轨上下滑动；所述传动电机与传送导轨之间通过同步轮以及同步带传动连接，传动电机驱动同步轮和同步进而实现传送导轨上无人机的水平传送，无人机电磁弹射装置每弹射一架无人机，无人机弹射平台复位后，通过控制滑动电机以及传动电机，将下一台无人机传送至无人机弹射平台上，再进行下一次的无人机弹射。

作为本实用新型的优选方案，本实用新型还包括控制系统，所述控制系统控制无人机机库和弹射电机，控制无人机机库按照设定时序将无人机装填至无人机弹射平台，使弹射电机与无人机机库协调工作，按照设定的方式完成连续弹射起飞的任务。

作为本实用新型的优选方案，本实用新型还包括储能装置，储能装置为无人机机库和无人机电磁弹射装置中的各用电设备提供工作电源，储能装置采用超级电容与蓄电池组合的方式，其中蓄电池提供稳定低频的平均功率，超级电容迅速提供负载剩余部分的高频功率。

作为本实用新型的优选方案，本实用新型还包括驱动器，所述弹射电机为动圈式永磁直线电机，所述驱动器由6个全控性功率器件组成三相全桥交流电路，由驱动器驱动动圈式永磁直线电机。

作为本实用新型的优选方案，本实用新型所述弹射机架以及弹射机架上的弹射导轨与水平面呈一定倾斜角度设置。

作为本实用新型的优选方案，本实用新型还包括移动运输设备，无人机电磁弹射装置和无人机机库均搭载在移动运输设备(如车辆)上。

本实用新型提供一种无人机机库，包括垂直支撑框架以及能够搭载一定数量无人机的传送机构，所述传送机构设置在垂直支撑框架内；所述传送机构包括滑动机构和一层以上的传动平台，一层以上的传动平台安装在滑动机构上，所述垂直支撑框架上设有垂直轨道，所述滑动机构与垂直支撑框架上的垂直轨道滑动连接，传动平台在滑动机构的带动下沿着垂直支撑框架上下滑动。所述无人机机库是一种集无人机贮存、运输的箱式结构。平时，可以贮存一定数量规模的无人机，提高了无人机的维护性和可靠性；战时，可由传送机构连续向电磁弹射器装填无人机，实现无人机连续弹射起飞，具有较强的战时反应能力。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供的一种连发型无人机电磁弹射系统的弹射电机采用动圈式永磁直线电机，整体重量更小，功率密度高，运输方便灵活，提高了系统的机动性。弹射电机两侧设置有位置传感器能够实时检测无人机弹射平台的位置，实现无人机弹射平台在无人机弹射端与无人机加载端之间状态的切换，实现连续弹射，提高了弹射效率。

无人机电磁弹射装置每弹射一架无人机，无人机弹射平台复位后，通过控制无人机机库中的滑动电机以及传动电机，将下一台无人机传送至无人机弹射平台上，再进行下一次的无人机弹射，实现无人机连续批量弹射，同时实现自动化弹射。

本实用新型采用的超级电容与蓄电池组合的混合储能模块在提高功率密度和能量密度基础上，这种组合能有效缩短弹射周期的充放电时间，提高电磁弹射速率，有效降低蓄电池放电电流，延长蓄电池使用寿命。

本实用新型，无人机电磁弹射装置和无人机机库均搭载在移动运输设备(如车辆)上，具有隐蔽性好、维护方便、通用性强、机动灵活和可靠性高等优点。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图一。

图2是实施例1的结构示意图二。

图3是实施例2中的无人机电磁弹射装置的结构示意图。

图4是实施例3中的无人机电磁弹射装置的结构示意图。

图5是实施例4中无人机机库的结构示意图。

图6是实施例4中无人机机库的右视图；

图7是实施例4中无人机机库的主视图；

图8是实施例4中无人机机库的俯视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种连发无人机电磁弹射系统，包括无人机电磁弹射装置1、无人机机库2，无人机电磁弹射装置1和无人机机2库均搭载在移动运输设备3(如车辆)上。移动运输设备3(如车辆)上还搭载有控制系统4、储能装置5和驱动器6。无人机电磁弹射装置1作为无人机弹射的执行机构，为无人机提供弹射起飞所需的加速推力，无人机电磁弹射装置1可采用公开号为106394924a的一种永磁直线电机型无人机电磁弹射器。控制系统实现对无人机电磁弹射装置中弹射电机和无人机机库的控制。无人机机库用于存贮和运输无人机。驱动器用于驱动弹射电机。储能设备为系统中各用电设备提供能量。本实用新型克服了现有技术中无人机连发弹射中设备体积大、机动性差、能耗大、效率低的问题。

参照图1和2，本实施例中所述无人机电磁弹射装置1包括弹射机架101、无人机弹射平台102以及弹射电机103。弹射机架101上设置有弹射导轨104，无人机弹射平台102滑动连接在弹射导轨104上，无人机弹射平台102能够在弹射电机103的驱动下沿弹射导轨104双向运动，弹射导轨104的一端为无人机加载端，弹射导轨104的另一端为无人机弹射端。本实用新型的无人机加载端、无人机弹射端均设置有位置传感器，位置传感器的作用是检测无人机弹射平台102的位置，并将检测到的信息传送给控制系统。所述无人机机库2设置在无人机电磁弹射装置1其无人机弹射端的一侧，所述无人机机库2包括能够搭载一定数量无人机的传送机构，能够将其所搭载的无人机填装至处于无人机加载端的无人机弹射平台102上。无人机弹射平台102处于无人机加载端，控制无人机机库中的传送机构将无人机加载到无人机弹射平台102后，开启弹射电机103，无人机弹射平台102在弹射电机103的驱动下沿弹射导轨104向无人机弹射端加速运动，实现无人机的弹射起飞。无人机的弹射起飞后，无人机弹射平台102制动并沿弹射导轨104反向运动至无人机加载端，实现无人机弹射平台102的复位，以准备下一次的无人机加载以及弹射。本实用新型实现了无人机连续弹射，提高弹射效率。

弹射电机103作为执行机构，为无人机弹射起飞提供加速的推力。所述控制系统4控制无人机机库2和弹射电机103，控制无人机机库2按照设定时序将无人机装填至无人机弹射平台102，使弹射电机103与无人机机库2协调工作，按照设定的方式完成连续弹射起飞的任务。储能装置5为无人机机库和无人机电磁弹射装置中的各用电设备提供工作电源，储能装置5采用超级电容与蓄电池组合的方式，其中蓄电池提供稳定低频的平均功率，超级电容迅速提供负载剩余部分的高频功率。在提高功率密度和能量密度基础上，这种组合能有效缩短弹射周期的充放电时间，提高电磁弹射速率，有效降低蓄电池放电电流，延长蓄电池使用寿命。

所述弹射电机103为动圈式永磁直线电机，其由驱动器6驱动。所述驱动器6由6个全控性功率器件组成三相全桥交流电路，驱动器6在控制系统4的控制下驱动动圈式永磁直线电机。根据连发无人机电磁弹射系统的工作特性，电磁弹射器加速距离有限，弹射电机的工作电流大，且连续弹射。在完成一次弹射后，需反向运行将电机动子拉回至初始位置。连续工作条件下，需要考虑外加散热器将功率器工作所产生的热量散出。

所述动圈式永磁直线电机包括定子磁钢和动子电枢，所述无人机弹射平台底面左右两侧均安装有与弹射导轨滑动配合的直线滑块，两动子电枢通过两侧的直线滑块固定支撑在无人机弹射平台底面的左右两侧且随直线滑块沿弹射导轨作直线运动，顺着弹射导轨方向呈长直线设置的定子磁钢固定在弹射导轨内且位于两侧动子电枢之间，所述弹射导轨内设置有用于卡固定子磁钢的卡套。进一步地，还包括受流装置，受流装置将外界电能平稳传输到动圈式永磁直线电机中；受流装置包括继电器与供电轨，供电轨安装在弹射机架的下表面，继电器与动子电枢通过螺栓安装在一起。

图3是实施例2中的无人机电磁弹射装置的结构示意图，展示了一种形式的无人机电磁弹射装置，包括弹射机架101、无人机弹射平台102以及弹射电机103。弹射机架101上设置有弹射导轨104，无人机弹射平台102滑动连接在弹射导轨104上，无人机弹射平台102能够在弹射电机103的驱动下沿弹射导轨104双向运动，弹射导轨104的一端为无人机加载端，弹射导轨104的另一端为无人机弹射端。所述弹射机架101以及弹射机架101上的弹射导轨104与水平面呈一定倾斜角度设置。如图2所示，弹射机架101的一端底部连接有行进轮底座109，行进轮底座109上固定有两个行进轮107。弹射机架101的另一端底部连接有支撑杆106，所述支撑杆106由两节支撑支杆连接而成。支撑杆106与弹射机架101之间通过可折叠连接件连接，两节支撑支杆之间通过可折叠关节件110连接。在不需要使用时，可以折叠整个支撑杆106。同时通过行进轮107实现整个无人机电磁弹射装置的移动以及位置的调整，具有隐蔽性好、维护方便、通用性强、机动灵活和可靠性高等优点。

图4是实施例3中的无人机电磁弹射装置的结构示意图，展示了第二种形式的无人机电磁弹射装置，采用单边轮支撑结构，弹射机架末端采用可折叠支撑结构。在不需要进行无人机弹射时，可以折叠支撑架通过支撑架上的支撑轮可以自由拖动。具有隐蔽性好、维护方便、通用性强、机动灵活和可靠性高等优点。如图3所示，包括弹射机架101、无人机弹射平台102以及弹射电机103。弹射机架101上设置有弹射导轨104，无人机弹射平台102滑动连接在弹射导轨104上，无人机弹射平台102能够在弹射电机103的驱动下沿弹射导轨104双向运动，弹射导轨104的一端为无人机加载端，弹射导轨104的另一端为无人机弹射端。所述弹射机架101以及弹射机架101上的弹射导轨104与水平面呈一定倾斜角度设置。如图3所示，弹射机架101的一端底部连接在安装平面上，弹射机架101的另一端底部可折叠连接有支撑杆106，多根支撑杆106连接而成一个支撑框架，所述支撑框架的底部中央设置有一个行进轮107，所述支撑框架的底部两侧通过可折叠连接件分别连接有一个支脚108。在进行无人机弹射时，将支撑框架以及支脚打开，两支脚将弹射导轨104支撑起来，同时使得弹射轨道104与水平面呈一定倾斜角度。在不需要进行无人机弹射时，能够将支撑框架以及两支脚收折，节约空间，便于隐藏。同时仅将两支脚收折时，通过行进轮107可以实现整个无人机电磁弹射装置的移动以及位置的调整。

所述支撑杆106由两节支撑支杆连接而成。支撑杆106与弹射机架101之间通过可折叠连接件连接，两节支撑支杆之间通过可折叠关节件110连接。在不需要使用时，可以折叠整个支撑杆106。同时通过行进轮107实现整个无人机电磁弹射装置的移动以及位置的调整。

参照图5至图8，实施例4提供一种无人机机库，所述无人机机库是一种集无人机贮存、运输的箱式结构。平时，可以贮存一定数量规模的无人机，提高了无人机的维护性和可靠性；战时，可由传动系统连续向电磁弹射器装填无人机，实现无人机连续弹射起飞，具有较强的战时反应能力。根据集群弹射起飞的指标，合理设计系统结构，合理设计尺寸以保证空间利用率，保证系统的机动性。

一种无人机机库包括垂直支撑框架以及能够搭载一定数量无人机的传送机构，所述传送机构设置在垂直支撑框架内；所述传送机构包括滑动机构和一层以上的传动平台，一层以上的传动平台安装在滑动机构上，所述垂直支撑框架上设有垂直轨道，所述滑动机构与垂直支撑框架上的垂直轨道滑动连接，传动平台在滑动机构的带动下沿着垂直支撑框架上下滑动。

垂直支撑框架由第一支撑柱201、第二支撑柱202、第三支撑柱203以及第四支撑柱204构成，第一支撑柱201、第二支撑柱202、第三支撑柱203以及第四支撑柱204的底部均通过螺栓安装紧固在安装平面上。第一支撑柱201、第二支撑柱202相对的内侧面上设有垂直轨道。第三支撑柱203、第四支撑柱204相对的内侧面上设有垂直轨道。

所述滑动机构包括滑动电机、滑台、水平支撑平台以及导杆。本实施例中滑动电机，分别为第一滑动电机209和第二滑动电机210。滑台有四个，分别为第一滑台205、第二滑台206、第三滑台207和第四滑台208。水平支撑平台有三层，由下至上分别为1#水平支撑平台219、2#水平支撑平台220和3#水平支撑平台221。为保证结构的紧凑，实现空间的合理利用，各水平支撑平台之间通过可伸缩的导杆216相连，在完成弹射任务后各水平支撑平台可堆积在无人机机库底部。

第一支撑柱201的垂直轨道上滑动连接有第一滑台205，第二支撑柱202的垂直轨道上滑动连接有第二滑台206，第三支撑柱203的垂直轨道上滑动连接有第三滑台207，第四支撑柱204的垂直轨道上滑动连接有第四滑台208。第一滑动电机209和第二滑动电机210分别安装在第三支撑柱203、第四支撑柱204的上端。第一滑动电机209、第二滑动电机210的输出端分别连接第一减速箱217、第二减速箱218，第一减速箱217和第二减速箱218的输出端和各滑台之间通过中间传动机构传动连接，第一滑动电机209、第二滑动电机210驱动对应的减速箱，进而通过中间传动机构带动各滑台同步运动，实现各滑台沿着垂直导轨上下滑动。

具体地，第一减速箱217的输出端传动连接1#传动轴211，1#传动轴211连接在第一支撑柱201和第三支撑柱203之间。1#传动轴211通过其两端的传动轮以及传动带分别传动连接第一支撑柱201上的第一滑台205和第三支撑柱203上的第三滑台207。第二减速箱218的输出端传动连接2#传动轴212，2#传动轴212连接在第二支撑柱202和第四支撑柱204之间。2#传动轴212通过其两端的传动轮以及传动带分别传动连接第二支撑柱202上的第二滑台206和第四支撑柱204上的第四滑台208。

1#水平支撑平台219、2#水平支撑平台220和3#水平支撑平台221之间通过多根可伸缩的导杆216安装连接在一起。最上层的3#水平支撑平台221的前、后端两侧分别与第一滑台205、第二滑台206、第三滑台207和第四滑台208固定连接。这样，第一滑动电机209、第二滑动电机210同步工作，第一滑动电机209、第二滑动电机210分别通过第一减速箱217、第二减速箱218同步驱动1#传动轴211、2#传动轴212，同步带动第一滑台205、第二滑台206、第三滑台207和第四滑台208沿着各自对应的垂直导轨同步上下运动，同步带动各水平支撑平台上下运动。

各水平支撑平台上均安装有传动平台。所述传动平台包括安装座、传动电机、皮带传动组件以及传送导轨。1#水平支撑平台219、2#水平支撑平台220、3#水平支撑平台221上分别安装有1#传动平台213、2#传动平台214、3#传动平台215。各传动平台的结构相同，均包括安装座222、传动电机223、皮带传动组件224以及传送导轨225，传动平台分别通过安装座222安装在对应的水平支撑平台上，安装座222上设有传动电机223以及传送导轨225，传动电机223与传送导轨225之间通过皮带传动组件传动连接，所述传送导轨225上能够安置一定数量的无人机。所述传送导轨225上设置有限位块226，保证各无人机能够可靠设置在设定的位置，等间距排列在传送导轨225上。

所述传动电机223与传送导轨225之间通过同步轮以及同步带传动连接，传动电机223驱动同步轮以及同步带进而实现传送导轨225上无人机的水平传送，无人机电磁弹射装置每弹射一架无人机，无人机弹射平台复位后，通过控制滑动电机以及传动电机，将下一台无人机传送至无人机弹射平台上，再进行下一次的无人机弹射。

可以从以下方面对以上实施例作进一步地设计，所述弹射电机的控制包括：对动子位移的检测，通过传感器检测的位移信号，作为电机换相的输入。同时，也包括对弹射电机的电气参数的检测，为弹射电机的闭环控制提供参量，并且是驱动保护的基础。微处理器有单片机，arm和dsp多种微处理器，使控制系统拥有很高的运算速度和精度，同时可以实现复杂的控制算法，能够对弹射电机的进行实时控制。这三种微处理器中dsp的资源和功能具有强大，并且拥有很高的运算速度和精度，可以实现复杂的控制算法，能够实现对弹射电机的实时控制。

所述无人机机库的控制为一种过程控制系统，可以采用plc控制系统，该系统与单片机相比，其抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护。根据连发型电磁弹射系统的自身特点，将plc的接口与计算机的串行口连通，触摸屏作为人机交互接口(hmi)，对系统进行监控，包括查看各元件工作状态以及系统运行状况，并发送运行控制命令。plc控制系统中，plc主控柜上电后首先判断急停开关是否按下及系统是否存在故障。如有故障或急停按下，要行故障排除和急停复位；如无故障或故障处理完毕后，判断控制方式，手动控制由操作人员手动完成无人机的装填任务；单机自动控制由plc控制设备根据任务需求自动完成无人机的自动装填任。为保证无人机机库的可靠运行，对plc进行互锁编程，只允许plc系统采用一种工作方式。控制系统中通过触摸屏实施指令控制伺服电机启动、停止、正/反转以及电机转速。首先需要在触摸屏中设置一个对话框，可输入无人机集群起飞的任务需求a，即a秒内弹射一次无人机，然后将此对话框的数据属性设置为对应plc中的整型变量数据。目的是在对话框内输入数值后，通过控制电机转速实现符合该任务需求的电机运行速度。

连发型电磁弹射系统可采用蓄电池、超级电容和双向dc/dc变换器组成的混合储能系统，基于模糊控制将功率分配给蓄电池与超级电容。该混合储能系统实现连发型电磁弹射系统的高机动性，具备高功率密度的特点。该模糊控制实现目标功率在各储能单元之间合理分配，能够有效减小超级电容的放电电量，减少了弹射时间间隔。

综上所述，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。

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