基于火箭发射的折叠式无人机

文/北京理工大学 黄景怀

基于火箭发射的折叠式无人机

文/北京理工大学 黄景怀

现代战场瞬息万变，谁能更早地掌握敌方情报，并作出针对性的部署，将会在很大程度上影响战争的走向。而无人机作为现代战场搜集情报的主要手段，日益发挥着举足轻重的作用。

但是作为无人机大家族非常重要一员的微小型无人机却存在着诸多问题，由于微小型无人机飞行速度慢，进入战区时间长，且航程短、滞空时间短，故在很大程度上限制了微小型无人机的快速反应能力。因此考虑将无人机与火箭进行结合，利用火箭的高速度与大射程，将无人机发射至任务空域上空，而后无人机与火箭分离开始工作。由于火箭的飞行速度远远高于无人机，所以此举将极大地缩短无人机到达战区的时间，使我方掌握战场上的主动权。为此，需要将无人机进行适当的变形，使其能够装入火箭中进行快速发射。因此，基于火箭发射的折叠式无人机应运而生。

研究小组主要从无人机的折叠方式、展开机构的设计与实现、无人机发射系统的设计等几个方面进行了研究。

在无人机的折叠方式上，研究小组讨论了三种不同的折叠方式：

1.钻石背型

四片矩形机翼重叠置放于在机身上，机翼展开后，四片机翼近似呈菱形分布于机身上，其中两片机翼后掠，另两片机翼前掠。机翼与机翼以及机翼与机身之间通过轴承连接。机翼根部通过滑块与机身接触。在由折叠向展开转换的过程中，滑块沿机身滑动，直至机翼完全展开。机翼与滑块的运动可以简化成曲柄滑块机构的运动，结构简单可靠。

2.普通布局型

在该布局中，机翼为矩形，机翼收起时，旋转90°并向后折叠与机身贴合；机翼展开的过程与之相反。该布局机翼布置灵活，可以根据重心位置的变化进行调整，但是机翼面积小，且对连接部位的强度要求较高。

3.桁架型

该布局中，机翼为尺寸大小可变型，机翼通过自身的伸缩达到变形的目的。机翼内部的骨架为桁架结构，翼肋安装在桁架上，从而带动蒙皮实现整个机翼的变形。

经过比较，由于钻石背机翼具有运动简单、结构强度高、机翼面积大等优点，研究小组选择了钻石背型机翼作为折叠式无人机的折叠方式。

除机翼的折叠外，研究小组还对尾翼进行了折叠并选用可折叠螺旋桨，进一步减小了待发状态下机翼的横截面积，经过检验，完全可以装入火箭内部。

在展开机构的实现上，经过大量的实验，研究小组通过在机翼根部设置扭簧，选用强度高质量轻的碳纤维管，采用导轨滑块式滑动方式，顺利解决了机翼展开力矩过大、滑块在滑动过程中变形过大等问题。此外，在机翼与尾翼的展开控制上，研究小组选用了两级放大设置，即通过舵机控制尾翼、尾翼控制机翼的方式实现。

在无人机的发射上，为使装载有无人机的火箭系统满足体积小、重量轻、射程远、速度快等要求，选用单室双推力固体火箭发动机作为火箭系统的动力装置。火箭系统到达目标空域后，释放出无人机，无人机在减速伞的作用下降低到巡航速度并开始工作。经过试验，证明了此方法的有效性与实用性。

基于火箭发射的折叠式无人机载荷较大，使用灵活，任务多样，可以满足战术应用、防震减灾、快速处突等多种任务的需求，前景十分广阔。

基于火箭发射的折叠式无人机

该作品由北京理工大学宇航学院飞行器模拟试验工作室(原机电学院航模队)2006级成员马星炜、黄景怀、丁久辉、陈军葵、闫伟天合作完成，并获得2009年第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。

责编/吴浪