一種永磁直線電機型無人機電磁彈射器的制作方法

本發(fā)明主要涉及到無人機彈射起飛領(lǐng)域，特指一種采用動圈式永磁直線電機的電磁彈射器。

背景技術(shù)：

隨著高新技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)的持續(xù)革命，現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)也發(fā)生著變革，無人作戰(zhàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展趨勢，無人機已經(jīng)成為其中不可或缺的武器，扮演著重要角色。隨著無人作戰(zhàn)形勢的發(fā)展，在現(xiàn)代戰(zhàn)場上無人機的作用日益凸顯，固定翼無人機各種發(fā)射起飛技術(shù)的研究也凸顯出其迫切性。

目前大中型無人機多數(shù)采用固定場地助跑起飛、火工助推、氣液彈射器起飛；固定場地助跑起飛受場地的制約，隱蔽性極差、機動性極差的缺陷；火工助推受火工品的制約，發(fā)射過程能源浪費占比大，具有隱蔽性差、可靠性不高、安全性差、機動性差、效率低的缺陷；氣液彈射器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、發(fā)射過程能源消耗占比大、維護工作大、隱蔽性不好、機動性差的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是主要解決上述無人機彈射中機動性差、可靠性不高、隱蔽性差、效率低的問題，提供一種永磁直線電機型無人機電磁彈射器。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種永磁直線電機型無人機電磁彈射器，包括彈射機架、無人機支撐彈射平臺、電源系統(tǒng)、制動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，所述彈射機架能夠搭載在運輸設(shè)備上，所述彈射機架上設(shè)置有直線滑軌，無人機支撐彈射平臺通過其兩側(cè)支撐在彈射機架的直線滑軌上，所述彈射機架上設(shè)置有制動系統(tǒng)，無人機搭載在無人機支撐彈射平臺上，無人機支撐彈射平臺能夠在彈射電機的驅(qū)動下沿著直線滑軌加速運動，所述彈射電機采用永磁直線電機，當(dāng)無人機達到起飛所需速度后，在制動系統(tǒng)的阻尼作用下將無人機支撐彈射平臺制動下來，無人機慣性飛出。

進一步地，本發(fā)明所述永磁直線電機包括定子磁鋼和動子電樞，所述無人機支撐彈射平臺底面左右兩側(cè)均安裝有與直線導(dǎo)軌滑動配合的直線滑塊，兩動子電樞通過兩側(cè)的直線滑塊固定支撐在無人機支撐彈射平臺底面的左右兩側(cè)且隨直線滑塊沿直線滑軌作直線運動，順著滑軌方向呈長直線設(shè)置的定子磁鋼固定在滑軌內(nèi)且位于兩側(cè)動子電樞之間，所述滑軌內(nèi)設(shè)置有用于卡固定子磁鋼的卡套。

進一步地，本發(fā)明還包括受流裝置，受流裝置將外界電能平穩(wěn)傳輸?shù)接来胖本€電機中。受流裝置包括集電器與供電軌，供電軌安裝在彈射機架的下表面，集電器與動子電樞固定連接。受流裝置設(shè)有三組，分布于定子磁鋼兩側(cè)，其中一側(cè)分布兩組，另一側(cè)分布一組。三組受流裝置為永磁直線電機提供三相直流電電源，分別對控制系統(tǒng)和供電軌直接供電，動子電樞通過受流裝置的集電器與供電軌接觸供電。

受流裝置采用TS1601型供電裝置移動供電，該受流裝置一共三組，都與彈射機架固定連接，分別布置在左、右兩側(cè)組。

進一步地，本發(fā)明所述彈射電機與彈射機架之間安裝有電磁防護裝置。

進一步地，本發(fā)明所述電磁防護裝置為固定在機架上的且能夠?qū)⑹芰餮b置以及永磁直線電機整體包裹在其內(nèi)側(cè)的由一塊以上的鋼板組成的防護殼。

進一步地，本發(fā)明所述彈射機架以及彈射機架上的直線滑軌與水平面呈一定傾斜角度設(shè)置。

進一步地，本發(fā)明所述電源系統(tǒng)包括蓄電池及其蓄電池充放電管理系統(tǒng)，蓄電池采用10節(jié)Odyssey PC2250鉛酸蓄電池串聯(lián)而成。

進一步地，本發(fā)明所述制動系統(tǒng)包括反接制動系統(tǒng)，所述滑軌內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有位置檢測傳感器，位置檢測傳感器與控制系統(tǒng)連接，當(dāng)無人機達到起飛速度與無人機支撐彈射平臺脫離后，控制系統(tǒng)、彈射電機和位置檢測傳感器構(gòu)成了反接制動系統(tǒng)；

當(dāng)無人機達到起飛速度與無人機支撐彈射平臺脫離后，彈射電機的動子電樞經(jīng)過該設(shè)定的位置檢測傳感器，該位置檢測傳感器將檢測到的信號傳回控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出制動信號控制彈射電機中電流流向，使動子電樞的運動方向與彈射電機磁場的運動方向相反，使彈射電機產(chǎn)生與運動趨勢相反的制動力，進而使無人機支撐彈射平臺速度降低實現(xiàn)制動。

進一步地，本發(fā)明所述制動系統(tǒng)包括液壓制動系統(tǒng)，所述液壓制動系統(tǒng)包括液壓缸、制動緩沖擋塊、攔阻鋼絲繩及滑輪組，液壓缸固定在彈射機架的下方，液壓缸包括缸體和缸桿，制動緩沖擋塊通過其底部的直線滑塊滑動安裝在滑軌的制動區(qū)域，彈射機架下方安裝有多組滑輪組，制動緩沖擋塊連接有攔阻鋼絲繩，攔阻鋼絲繩經(jīng)多組滑輪組其另一端連接到缸桿上。當(dāng)無人機達到起飛所需速度脫離無人機支撐彈射平臺后，無人機支撐彈射平臺碰撞到制動緩沖擋塊，制動緩沖擋塊通過滑輪組帶動攔阻鋼絲繩拉動液壓缸的缸桿，液壓缸通過攔阻鋼絲繩拉動做功，根據(jù)能量守恒定律，將無人機支撐彈射平臺的動能轉(zhuǎn)化為液壓缸的動能，將彈射平臺的動能在規(guī)定距離范圍內(nèi)將其消耗掉，實現(xiàn)無人機支撐彈射平臺的制動。

進一步地，本發(fā)明所述制動系統(tǒng)包括包括永磁渦流制動系統(tǒng)，所述永磁渦流制動系統(tǒng)包括導(dǎo)體板和halbach永磁體陣列，halbach永磁體陣列安裝在滑軌的內(nèi)側(cè)邊，且halbach永磁體陣列與定子磁鋼平行；導(dǎo)體板安裝在無人機支撐彈射平臺的側(cè)面。其中：halbach永磁體陣列由縱向充磁的永磁體和旋轉(zhuǎn)90°橫向充磁的永磁體組成，且兩種永磁體依次交替地間隔布置。當(dāng)無人機支撐彈射平臺經(jīng)制動減速進入設(shè)有halbach永磁體陣列的滑軌區(qū)域，halbach永磁體陣列產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)體板中感應(yīng)出電渦流，將永磁直線電機動子和無人機支撐彈射平臺的動能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體板內(nèi)的熱能消耗掉，實現(xiàn)制動。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供的一種永磁直線電機型無人機電磁彈射器的彈射直線電機采用動圈式永磁直線電機，具有效率高、大推力密度和小推力波動、安全性、可靠性和耐用性；其次控制系統(tǒng)采用全電控系統(tǒng)高度集成模塊化，實現(xiàn)了彈射起飛全程速度控制，能夠快速連續(xù)彈射，并能夠根據(jù)起飛條件控制調(diào)整彈射起飛速度，能夠高精度彈射從輕型到重型的多種無人機，具有安全性高、易維護性、隱蔽性好。

本發(fā)明的制動系統(tǒng)工作安全可靠、性能穩(wěn)定、自適應(yīng)能力強，能夠保證高速彈射平臺的快速攔阻。本發(fā)明的制動系統(tǒng)提供了多種實現(xiàn)方式，可以采用反接制動系統(tǒng)、永磁渦流制動系統(tǒng)和液壓制動系統(tǒng)中的一種單獨實現(xiàn)制動，也可以采用其中的兩種或者三種協(xié)同聯(lián)合制動，能在短時間、短距離范圍內(nèi)消耗永磁直線電機動子及無人機支撐彈射平臺的動能。

本發(fā)明提供的彈射器可采用車載或車掛形式運輸，機動性強。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是圖1的側(cè)視圖；

圖3是本發(fā)明彈射電機裝置結(jié)構(gòu)圖

圖4是圖3的截面圖

圖5是本發(fā)明的優(yōu)選實例的電磁防護裝置三維圖

圖6是本發(fā)明末端制動液壓制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖7是本發(fā)明關(guān)于制動系統(tǒng)的另一實施例。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1至2所示，本發(fā)明一種永磁直線電機型無人機電磁彈射器，包括：彈射機架1、無人機支撐彈射平臺2、控制系統(tǒng)3、制動系統(tǒng)4、電磁防護裝置5、電源系統(tǒng)6等。彈射機架1可以直接安裝固定在小噸位卡車7或與拖車拖掛連接來實現(xiàn)快速運輸。彈射機架1由5#方管型材和板材焊接、拼接組成，結(jié)構(gòu)簡單、牢固。彈射機架前部由3#角鋼形成支撐桿，使整個彈射器與水平面成一定的彈射角度。彈射機架1。首先，起到了支撐整個永磁直線電機型無人機電磁彈射器的作用；其次，支撐固定電磁防護裝置5以及位于滑軌末端的制動系統(tǒng)4，使整個永磁直線電機型無人機電磁彈射器結(jié)構(gòu)更加緊湊；最后，可在規(guī)定角度范圍內(nèi)調(diào)整無人機起飛角度。

所述彈射機架1上設(shè)置有直線滑軌，無人機支撐彈射平臺2通過其兩側(cè)支撐在彈射機架的直線滑軌上，所述彈射機架1上設(shè)置有制動系統(tǒng)4，無人機搭載在無人機支撐彈射平臺2上，無人機支撐彈射平臺2能夠在彈射電機8的驅(qū)動下沿著直線滑軌加速運動，所述彈射電機8采用永磁直線電機，當(dāng)無人機達到起飛所需速度后，在制動系統(tǒng)4的阻尼作用下將無人機支撐彈射平臺2制動下來，無人機慣性飛出。

彈射電機8與彈射機架1之間安裝有電磁防護裝置5，用于保護彈射電機8。本實施例中制動系統(tǒng)4采用液壓制動系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)3可采用固定式或手持式來操作彈射整個過程；電源系統(tǒng)6安置在小噸位卡車(或者拖車)7上，用來實現(xiàn)彈射的能源供應(yīng)及電池的充放電管理。

見圖3～4，無人機支撐彈射平臺2與彈射電機的動子電樞12一體化設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)為倒U形狀。整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，質(zhì)量輕，通過受流裝置移動供電，可實現(xiàn)電能與無人機動能的轉(zhuǎn)換。無人機支撐彈射平臺2采用鋁合金板材組合而成。彈射電機8采用永磁直線電機，其包括定子磁鋼11和動子電樞12。動子鐵心由硅鋼片疊壓組成，電機齒槽為六極十八槽。所述無人機支撐彈射平臺2底面左右兩側(cè)均安裝有與直線導(dǎo)軌滑動配合的直線滑塊。具體地，無人機支撐彈射平臺2底面設(shè)有左右對稱分布的4個雙軸心式直線滑塊，4個雙軸心式直線滑塊與固定在彈射機架上的直線滑軌配合支撐整個無人機支撐彈射平臺2以及保證無人機支撐彈射平臺2平穩(wěn)運動。無人機支撐彈射平臺2可搭載不同型號的無人機，在永磁直線電機的推動下與無人機一起沿著直線滑軌加速運行，當(dāng)?shù)竭_起飛速度后，無人機慣性飛出，無人機支撐彈射平臺2在設(shè)置在靠近滑軌末端的制動系統(tǒng)的作用下實現(xiàn)制動。

兩動子電樞12通過左右兩側(cè)的直線滑塊固定支撐在無人機支撐彈射平臺2底面的左右兩側(cè)且隨直線滑塊沿直線滑軌作直線運動。順著直線滑軌方向呈長直線設(shè)置的定子磁鋼11固定在直線滑軌內(nèi)且位于兩側(cè)動子電樞12之間，所述直線滑軌內(nèi)設(shè)置有用于卡固定子磁鋼11的卡套。

受流裝置將外界電能平穩(wěn)傳輸?shù)接来胖本€電機中。受流裝置10包括集電器13與供電軌14，供電軌14安裝在彈射機架的下表面，集電器13通過固定連接結(jié)構(gòu)與動子電樞12連接固定。受流裝置10有三組，分布于定子磁鋼11兩側(cè)，其中一側(cè)分布兩組，另一側(cè)分布一組，三組受流裝置為彈射電機提供三相直流電。

受流裝置采用TS1601型供電裝置移動供電，該受流裝置一共三組，都與彈射機架固定連接，分別布置在左、右兩側(cè)組。

控制系統(tǒng)是由分別布置在永磁直線電機彈射裝置內(nèi)部各相應(yīng)位置的各種傳感器測量速度、位移、電壓、電流參量)和控制器組成?？刂葡到y(tǒng)包括機箱、計算機、單片機和光纖通訊網(wǎng)絡(luò)(降低電磁干擾)數(shù)據(jù)采集板系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集板卡安裝在機箱內(nèi)部；控制分系統(tǒng)可根據(jù)環(huán)境條件、彈射無人機類型及其它條件進行綜合運算，輸出工作信號，精確控制電機推力，從而完成無人機彈射的控制功能，使無人機電磁彈射系統(tǒng)具有良好性能和高可靠性。

電源系統(tǒng)采用10節(jié)高性能的Odyssey PC2250(5s放電，電流2250A)鉛酸蓄電池串聯(lián)的供電模式，用于提供高脈沖能量從而驅(qū)動動圈加速運動和制動能源提供，其自帶控制管理充放電系統(tǒng)，能有效的以最佳方式管理電源系統(tǒng)。

彈射電機8與彈射機架1之間安裝有電磁防護裝置5。所述電磁防護裝置5為固定在彈射機架1上的且能夠?qū)⑹芰餮b置10以及永磁直線電機整體包裹在其內(nèi)側(cè)的由一塊以上的鋼板15組成的防護殼。見圖4～5，電磁防護裝置5由2塊鋼板15折疊成帶有開槽的長方形,如形。其槽口大小與無人機支撐彈射平臺2肋筋相仿，其下表面固定在彈射機架上，將定子磁鋼11、動子電樞12和受流裝置10包裹在其內(nèi)部。電磁防護裝置5設(shè)置在彈射機架1內(nèi)部，可有效的放置外界易磁化物體被吸附到永磁直線電機上，影響直線電機正常工作。

見圖6，液壓制動系統(tǒng)包括液壓缸17、制動緩沖擋塊20、攔阻鋼絲繩18及滑輪組19，液壓缸17固定在彈射機架1的下方，液壓缸18包括缸體21和缸桿22，制動緩沖擋塊20通過其底部的直線滑塊滑動安裝在滑軌的制動區(qū)域，彈射機架1下方安裝有多組滑輪組19，制動緩沖擋塊20連接有攔阻鋼絲繩18，攔阻鋼絲繩18經(jīng)多組滑輪組19其另一端連接到缸桿22上。當(dāng)無人機達到起飛所需速度脫離無人機支撐彈射平臺后，無人機支撐彈射平臺2碰撞到制動緩沖擋塊20，制動緩沖擋塊20通過滑輪組19帶動攔阻鋼絲繩18拉動液壓缸17的缸桿22，液壓缸17通過攔阻鋼絲繩18拉動做功，根據(jù)能量守恒定律，將無人機支撐彈射平臺的動能轉(zhuǎn)化為液壓缸的動能，將彈射平臺的動能在規(guī)定距離范圍內(nèi)將其消耗掉，實現(xiàn)無人機支撐彈射平臺的制動。

參照圖7，本實施例中在彈射機架1上設(shè)置有反接制動系統(tǒng)、永磁渦流制動系統(tǒng)和液壓制動系統(tǒng)。在此進行說明，反接制動系統(tǒng)、永磁渦流制動系統(tǒng)和液壓制動系統(tǒng)可以單獨設(shè)置，也可以組合設(shè)置，具體設(shè)置情況根據(jù)實際情況而定。

直線滑軌內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有位置檢測傳感器16，位置檢測傳感器16與控制系統(tǒng)3連接，當(dāng)無人機達到起飛速度與無人機支撐彈射平臺脫離后，控制系統(tǒng)、彈射電機和位置檢測傳感器16構(gòu)成了反接制動系統(tǒng)。當(dāng)無人機達到起飛速度與無人機支撐彈射平臺脫離后，彈射電機的動子電樞經(jīng)過該設(shè)定的位置檢測傳感器16，該位置檢測傳感器將檢測到的信號傳回控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出制動信號控制彈射電機中電流流向，使動子電樞的運動方向與彈射電機磁場的運動方向相反，使彈射電機產(chǎn)生與運動趨勢相反的制動力，進而使無人機支撐彈射平臺速度降低實現(xiàn)制動。

關(guān)于永磁渦流制動系統(tǒng)：所述永磁渦流制動系統(tǒng)包括導(dǎo)體板23和halbach永磁體陣列24，halbach永磁體陣列24安裝在直線滑軌的內(nèi)側(cè)邊，且halbach永磁體陣列24與定子磁鋼平行；導(dǎo)體板23安裝在無人機支撐彈射平臺的側(cè)面。halbach永磁體陣列24由縱向充磁的永磁體和旋轉(zhuǎn)90°橫向充磁的永磁體組成，且兩種永磁體依次交替地間隔布置。當(dāng)無人機支撐彈射平臺經(jīng)制動減速進入設(shè)有halbach永磁體陣列的滑軌區(qū)域，halbach永磁體陣列產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)體板中感應(yīng)出電渦流，將永磁直線電機動子和無人機支撐彈射平臺的動能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體板內(nèi)的熱能消耗掉，實現(xiàn)制動。

液壓制動系統(tǒng)在前面已經(jīng)說明清楚，在此不再贅述。

以上包含了本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明，這是為了詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)特征，并不是想要將發(fā)明內(nèi)容限制在實施例所描述的具體形式中，依據(jù)本發(fā)明內(nèi)容主旨進行的其他修改和變型也受本專利保護。本發(fā)明內(nèi)容的主旨是由權(quán)利要求書所界定，而非由實施例的具體描述所界定。