某無人機(jī)液壓發(fā)射系統(tǒng)方案設(shè)計案例 1 1 2 3 5 液壓發(fā)射技術(shù)即以液壓作為主要驅(qū)動能量對無人機(jī)進(jìn)行加速發(fā)射的一種技1.1液壓發(fā)射系統(tǒng)功能飛機(jī)起飛時所需的最低飛行速度并有效保證被使用的5級左右，10級大風(fēng)以下的天氣條件下進(jìn)行工作的一種設(shè)備?？焖俚膶崿F(xiàn)且易于掌握?？梢詫⒄麄€彈射系統(tǒng)放置于機(jī)動車上，使其十分靈(1)無人機(jī)的起飛速度：35m/s;(2)最大彈射重量：500kg;(3)發(fā)射角度10°;(4)發(fā)射架長度≤20m;(5)加速距離≤15m-20m;(6)抗風(fēng)性能：5級。1.2液壓發(fā)射系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)氣動式液壓馬達(dá)發(fā)射的具體設(shè)計工作電路原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如流形圖2-1所示，其中a和b點分別同時位于兩個液壓馬達(dá)上方。首先向大型蓄能器中充入一定量通過液壓油將空氣壓縮成大量的高壓氣體來儲存能量。加速瞬間，蓄能器的氣體燃料開始高速膨脹，蓄能器內(nèi)的大量高壓氣體直接進(jìn)入液壓馬達(dá)，使整個液壓馬達(dá)保持高速旋轉(zhuǎn)運動，然后將牽引帶高速拉出。裝有牽引帶的車輛沿導(dǎo)軌高速滑動。例如當(dāng)一輛車載的無人機(jī)從軌道b線起點運行時，牽引帶車載中力的馬達(dá)移動量和方向可能隨之有所較大的變化，載物小車會感覺到一股強(qiáng)烈的推動力來自于一臺高速液壓馬達(dá)推動牽引減速帶的拉力，同時這輛車載的無人機(jī)和這輛載物小車也自動地分離。載物小車是在一臺液壓馬達(dá)牽引減速帶給予的推力后，才開始移速降低。最終它們都停止了。在只使用一個發(fā)射機(jī)的基礎(chǔ)上。也能有效地使能源的供給系統(tǒng)迅速的進(jìn)行了卸荷，保證了整個系統(tǒng)中所有能量的正常使用。射和加速時的主要受力結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。無人機(jī)在高速運動時進(jìn)行的運動方程式中Ft—-液壓馬達(dá)牽引力(N);Fa--空氣阻力(N);其中式(2-1)V--無人機(jī)沿軌道方向的速度(m/s);m-一載物車車輪與軌道間的滾動與摩擦系數(shù)，取0.01。圖2-2無人機(jī)加速過程受力分析讓無人機(jī)在發(fā)射架的有限長度之內(nèi)，速度從0達(dá)到15m/s,這就要求需要加速持續(xù)時間0.85s,加速度為4g。液壓彈射系統(tǒng)總質(zhì)量為500KG,以利用巡邏兵作戰(zhàn)速度過程階段中的最高發(fā)射運行加快速度35m/s4來作為依據(jù)計算其空氣阻力的式中m?--載物車質(zhì)量(kg);假設(shè)一輛載物汽車正在進(jìn)行最大減速運動過程中是一輛載物汽車正在對其35m/s的最大減速運動距離下降至0所需要的運動加速時間大約為0.17s,加速度大約為20.4g。在這種減速行駛的過程中載物和汽車所需的攔截力70kg,約是14294n。液壓彈射系統(tǒng)的能源分別是無人機(jī)在達(dá)到起飛航行速度時的動能系統(tǒng)在工作時一般都需要把發(fā)射器中總質(zhì)量為500kg的最大發(fā)射負(fù)載直接進(jìn)行加速至35m/s的最大運行頻率，加速工作全部完成后能夠?qū)崿F(xiàn)可以達(dá)到1.統(tǒng)所需的最大功率為364kw。1.4液壓發(fā)射系統(tǒng)總體方案前端和中間液壓驅(qū)動馬達(dá)之間的中間距離是車輛和中間液壓驅(qū)動馬達(dá)之間的加1.無人機(jī)發(fā)射系統(tǒng)牽引車1.蓄能器2.固定液壓泵站4.前定滑輪5.固定液壓馬達(dá)6.后定滑輪7.發(fā)射架8.固定牽引帶9.無人機(jī)10.載物小車11.鎖緊制動裝置該方案下液壓發(fā)射裝置的工作過程如下(1)彈射準(zhǔn)備階段在彈射準(zhǔn)備階段無人機(jī)將會被放置在載物小車上，將載物小車移動到發(fā)射架的初始發(fā)射位置，載物小車上有鎖緊裝置防止無人機(jī)脫軌。液壓泵由柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，向蓄能器進(jìn)行充油和儲能，當(dāng)壓力超過要求，液壓泵就會停止運行。液壓馬達(dá)緩慢地轉(zhuǎn)動，排出了液壓傳動回路內(nèi)部中的空氣，顯示了汽車在開始準(zhǔn)備行駛階段的情況。車輛位于發(fā)射器后部，后固定鉤用鎖定(2)加速階段操作員按下開關(guān)，液壓馬達(dá)以齒輪高速旋轉(zhuǎn)的運動方式帶動了牽引帶讓載物小車和無人機(jī)一起在發(fā)射軌道上高速進(jìn)行彈射加速。在無人機(jī)進(jìn)行一個向上加速低空運動的這個過程中。因為無人機(jī)飛行速度的不斷增加而高速移動導(dǎo)致了脫離了發(fā)射系統(tǒng)。無人機(jī)進(jìn)行彈射系統(tǒng)這個過程中的的剎車定位載物槽剎車狀態(tài)運動結(jié)構(gòu)如圖2-6所示，載物小車的剎車就是一個相對減速運動的過程。當(dāng)無人機(jī)完全離開這個載物小車后運動方向就有所改變，定位槽中的一個銷是載物小車相對于這個限位槽的上方而言已經(jīng)進(jìn)行了一定的移動，但是當(dāng)無人機(jī)完全地脫離這個載物小車的這個定位槽上面仍然還是在擋塊上。和剎車鎖緊臂的一定壓力作用下必須要做到的是不能移動而且脫出發(fā)射系統(tǒng)軌道。此外，在滾動輪和滾動軸的配合下，車輛能夠沿裝置軸線平穩(wěn)移動。(3)無人機(jī)釋放階段當(dāng)載物小車到達(dá)預(yù)定位置時，無人機(jī)和載物小車完全分離。如圖2-8,飛行器鎖定臂在飛行階段的正常工作狀態(tài)。車輛上外臂會與發(fā)射架上的機(jī)構(gòu)進(jìn)行猛烈沖擊，從而促使鎖緊臂末端能夠有效克服振動彈簧的巨大彈簧力并圍繞著一個轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)，鎖緊臂自然地就被打開。此時整個載物小車的位置如上圖2-8所示，此時由于整個液壓馬達(dá)在卡車中部的牽引帶給其產(chǎn)生運動中力的加速運動方向與其在整個加速運動起飛階段完全相反，牽引運動力運載到整個卡車中部，提供了一定的運動慣性和阻力，這個慣性在阻力場的影響下就會導(dǎo)致整個載物小車迅速開始快速減速，無人機(jī)在這個慣性加速的影響下自然而然地進(jìn)行了加速和脫離整個彈射汽車。(4)載物小車減速階段無人機(jī)飛行起飛后，載物小車仍以最高飛行速度在發(fā)射架上飛行和移動。車輛狀態(tài)如上圖2-9所示。從這張圖中我們清楚地知道，牽引帶的旋轉(zhuǎn)方向與無人機(jī)加速時的液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向正好相反，此時，由于它是一輛具有一定剩余加速力和剩余轉(zhuǎn)速的車輛和渦輪，它的液壓馬達(dá)被拉過發(fā)射器。此階段液壓馬達(dá)是一個給蓄能器供油的元件。同時，液壓彈射系統(tǒng)還可以為液壓馬達(dá)和彈射機(jī)車移動負(fù)載提供一定的阻力。在這種阻力的影響下，載物小車會停在發(fā)射架上。由于蓄能器存儲在液壓回路中，蓄能器中的氣體壓力將保持在一定的壓力水平。2機(jī)械子系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓發(fā)射架需要根據(jù)其剛度強(qiáng)度與質(zhì)量的要求，并能夠確定在10級大風(fēng)以下的環(huán)境中不會發(fā)生故障。對于這些需求，考慮采用鋼管焊接的方法制成桁架結(jié)構(gòu)。發(fā)射架的內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)橫面和截面是一個三角形，它的外形如圖3-1所示，需要能夠充分保證其整體結(jié)構(gòu)的機(jī)械剛度與運動強(qiáng)度，并且同時還要充分考慮到其使用的經(jīng)濟(jì)性。連接鋼管在總體設(shè)計中及其布置結(jié)構(gòu)方案如下圖圖3-2所示。為了減輕發(fā)射架的重量，方便整體系統(tǒng)的安裝，發(fā)射架分為三個部分，每個部分之間有連接器。連接時，將接頭插入發(fā)射架后段鋼管內(nèi)定位。發(fā)射架的前后部分與緊固裝置緊密結(jié)合，如圖3-3所示。螺紋裝置包括兩個螺紋接頭和一個中間連接管。2.2載物小車結(jié)構(gòu)設(shè)計載物小車最關(guān)鍵的部分是其與無人機(jī)之間的連接方式。將裝載車輛分為上下兩層。作為與無人機(jī)接口的一部分，載物小車的上部應(yīng)能在高速加速時穩(wěn)定限制無人機(jī)，并在加速到起飛速度后迅速與無人機(jī)分離。對于此次載物小車結(jié)構(gòu)模型，在四個無人機(jī)的四點固定限位槽和四個支撐結(jié)構(gòu)方面，分別選擇了四點固定限位槽和四個支撐塊，如圖3-4所示，圖中的載物小車兩層一共分別配備了四個固定限位槽，限位槽前方四個擋塊分別同時配備了四個固定鎖緊塊，限位槽配備了固定彈簧的作用力下，鎖緊塊快速地自動靠近到載物小車和一臺無人飛機(jī)上的固定活塞銷上，限位槽和四個鎖緊塊一起保證了無人機(jī)的安全性和穩(wěn)定性。2.3系統(tǒng)總體布局該傳動系統(tǒng)元件總體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計框圖總體設(shè)計方案如下：如框圖3-5所示，彈射器傳動裝置主要由發(fā)射架，載物輸送車，鎖緊傳動機(jī)構(gòu)，液壓馬達(dá)泵站，液壓馬達(dá)聯(lián)合器等連接組成元件和動力拖拉機(jī)。發(fā)射機(jī)在前段部分安裝大型液壓馬達(dá)，定位滑輪，動支撐互相連接，有效地實現(xiàn)了對發(fā)射機(jī)拖車前端的固定。這種拖車配備了一個大型的液壓馬達(dá)泵站。將發(fā)射架尾部兩端相互連接處的定位板采用方形鋼釘直接緊固在發(fā)