一种空中发射及回收无人机的花开式可开启式吊舱
阅读说明：本技术 一种空中发射及回收无人机的花开式可开启式吊舱 (Blooming type openable nacelle for launching and recovering unmanned aerial vehicle in air ) 是由 王福德 李文皓 杨磊 张陈安 李腾 刘�文 张琛 肖歆昕 王晶 于 2021-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明属于吊舱设备技术领域,本发明提出一种空中发放回收无人机花开式可开启式吊舱,包括舱体1、舱体底部的花开式六舱门2、舱体内部的上支撑板6和下支撑板5、固装在上支撑板6上的电器控制设备、固装在下支撑板5上的喇叭状回收装置3、固装在上支撑板和下支撑板之间的联动机构7；所述联动机构7用于控制舱门2的开启和闭合、以及控制喇叭状回收装置3和飞行器4-2的升降,所述喇叭状回收装置3用于实现飞行器4-2的发射和回收。本发明可实现各舱体舱门互相独立花瓣状打开与关闭,可实现舱门开闭与飞行器升降单驱动多机构同步运动,可实现飞行器有效发射、挂载、空中回收、封闭与充电等。(The invention belongs to the technical field of pod equipment, and provides an open type openable pod of an aerial release and recovery unmanned aerial vehicle, which comprises a cabin body 1, an open type six-cabin door 2 at the bottom of the cabin body, an upper supporting plate 6 and a lower supporting plate 5 inside the cabin body, electric appliance control equipment fixedly arranged on the upper supporting plate 6, a horn-shaped recovery device 3 fixedly arranged on the lower supporting plate 5, and a linkage mechanism 7 fixedly arranged between the upper supporting plate and the lower supporting plate; the linkage mechanism 7 is used for controlling the opening and closing of the cabin door 2 and controlling the horn-shaped recovery device 3 and the lifting of the aircraft 4-2, and the horn-shaped recovery device 3 is used for realizing the launching and the recovery of the aircraft 4-2. The invention can realize the independent petal-shaped opening and closing of the cabin doors, the synchronous motion of the opening and closing of the cabin doors and the single-drive multi-mechanism lifting of the aircraft, and the effective launching, mounting, aerial recovery, sealing, charging and the like of the aircraft.)
技术领域
本发明属于吊舱设备技术领域，具体涉及一种空中发射及回收无人机的花开式可开启式吊舱。
背景技术
吊舱是指安装有某机载设备或武器并吊挂在机身或机翼下的流线形短舱段。随着航空技术的发展，机载吊舱技术也有了很大进步。通常来讲，机载吊舱可分为：武器吊舱(包括航炮吊舱，航箭吊舱)，侦察吊舱，火控吊舱，后勤辅助吊舱(加油吊舱)。
目前，全球范围内，浮空器发射吊舱研究很少，尤其是空中发放回收无人机花瓣状可开启式吊舱未见先例。
目前，各类浮空器吊舱难以实现飞行器空中发射及回收，难以实现舱门开闭与飞行器升降单驱动同步运动，难以实现飞行器有效发射、挂载、空中回收、封闭与充电等。
发明内容
基于现有浮空器吊舱的不足，本发明专利提出了一种空中发射及回收无人机的花开式可开启式吊舱，目的在于解决现有技术难以实现舱门开闭与飞行器升降单驱动同步运动，难以实现飞行器有效发射、挂载、空中回收、封闭与充电等问题。
本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：
一种空中发射及回收无人机的花开式可开启式吊舱，其特征在于：包括舱体1、舱体底部的花开式六舱门2、舱体内部的上支撑板6和下支撑板5、固装在上支撑板6上的电器控制设备、固装在下支撑板5上的喇叭状回收装置3、固装在上支撑板和下支撑板之间的联动机构7；所述联动机构7用于控制舱门2的开启和闭合、以及控制喇叭状回收装置3和飞行器4-2的升降，所述喇叭状回收装置3用于实现飞行器4-2的发射和回收。
进一步地，所述的喇叭状回收装置3包括一次接触锥3-1、接触柱3-2、二次接触锥3-3、锁紧机构3-4；所述的下支撑板5设有大口接触喇叭口5-1和小口接触喇叭口5-2，所述空中发放回收无人机花开式可开启式吊舱通过喇叭状回收装置3的一接触锥3-1、二次接触锥3-2与下支撑板5的大口接触喇叭口5-1和小口接触喇叭口5-2两次虚定位接触，实现喇叭状回收装置3提升过程中准确插入下支撑板5的锥口内，实现精确定位与固定锁紧，提高飞行器悬挂的安全性和可靠性。
进一步地，所述喇叭状回收装置3用于实现飞行器回收，具体为：将飞行器4-2上的飞行器回收杆4-1插入舱体1的喇叭状回收装置3内并锁紧，联动机构7的六个伸缩杆7-14带动六连杆机构7-18运动，从而带动六个舱门2关闭，与此同时，联动机构7的绞盘7-2同步旋转带动升降绳7-8上升，从而带动喇叭状回收装置3和飞行器4-2上升，当六个舱门2同步关闭水平到位的同时，喇叭状回收装置3插入下支撑板5的锥槽内，实现飞行器4-2的牢固悬吊，防止其在舱体内晃动，从而实现飞行器空中回收。
进一步地，所述喇叭状回收装置用于实现飞行器发射，具体为：所述联动机构7的六个伸缩杆7-14带动六连杆机构7-19运动，从而带动花开式六舱门2开启，与此同时，联动机构7的绞盘7-2同步旋转带动升降绳7-8下降，从而带动喇叭状回收装置3和飞行器4-1下降，当六个花开式舱门2同步开启至垂直状态，喇叭状回收装置3和飞行器4-2也露出舱体1外，最后，飞行器4-2的飞行器回收杆4-1与喇叭状回收装置3的锁紧机构3-4解锁，实现飞行器4-2的空中发放。
进一步地，所述联动机构分为上下两层:
上层沿水平方向依次设有：被动螺旋锥7-1、绞盘7-2、主动螺旋锥7-3、螺旋锥支撑板7-4；电机7-5、电机支架7-6、传动绳7-7、升降绳7-8、螺旋锥螺旋槽7-9；该被动螺旋锥7-1、绞盘7-2、主动螺旋锥7-3通过支杆依次串联，并通过两个螺旋锥支撑板7-4固定安装于上支撑板6上；该电机7-5通过电机输出轴安装于所述主动螺旋锥7-3内，并通过电机支架7-6固定安装于上支撑板6上；该被动螺旋锥7-1和主动螺旋锥7-3布设于螺旋盘7-11上，该螺旋锥螺旋槽7-9和螺旋盘螺旋槽7-12相互吻合，传动绳7-7缠绕于主动螺旋锥7-3的螺旋锥螺旋槽7-9内和螺旋盘的螺旋盘螺旋槽7-12内，传动绳7-7两端传过螺旋盘7-11上面的通孔固定于传动绳端部固定器7-22上，升降绳7-8缠绕于绞盘7-2，电机7-5转动带动主动螺旋锥7-3、绞盘7-2、被动螺旋锥旋转7-1，从而带动升降绳7-8升降，并带动传动绳7-7缠绕，从而带动螺旋盘7-11旋转、以及带动六个传动销钉7-13直线移动，最终带动六个伸缩杆7-14直线移动，实现六个伸缩杆7-14同步伸缩和升降绳7-8同步升降运动；
下层设有滑动支撑盘7-10、螺旋盘7-11、螺旋盘螺旋槽7-12，滑动支撑盘7-10固装于下支撑板5上，螺旋盘7-11通过六个传动销钉7-13、螺旋盘上的六条阿基米德螺旋槽、滑动支撑盘7-10上的六个直线槽铰接于滑动支撑盘7-10上，六个伸缩杆7-14与六个传动销钉7-13固定连接，通过六个传动销钉7-13在螺旋盘7-11上的六条阿基米德螺旋槽和滑动支撑盘7-10上的六个直线槽内相对滑动，从而带动螺旋盘7-11相对滑动支撑盘7-10旋转，并带动六个传动销钉7-13和六个伸缩杆7-14直线运动。
进一步地，所述联动机构伸缩杆7-14的大半径端从上至下设有摆臂连杆7-15、升降杆7-16、舱门开闭连杆7-17；该摆臂连杆7-15的上端铰接于伸缩杆7-14上、下端铰接于升降杆7-16上；该升降杆7-16上端连接摆臂连杆7-15、下端铰接于舱门开闭连杆上7-17；该舱门开闭连杆7-17呈弧形结构，防止与舱体1及舱门2发生干涉，该开闭连杆7-17另一端铰接于舱门2相应铰接点上，从而组成了六连杆机构7-18，当六个伸缩杆7-14同步伸缩时，从而带动六个摆臂连杆7-15转动，从而带动六个升降杆7-16升降，从而带动六个舱门开闭连杆7-17转动，最终带动六个舱门2同步开闭。
进一步地，所述花开式六舱门2包括舱门铰接环2-1，该舱门铰接环2-1分别铰接于舱体1的六个舱体铰接环1-1上，所述联动机构7的六连杆机构7-18的两端分别安装于联动机构7的六个伸缩杆7-14和六个舱门2之间，并套于多个升降杆固定环7-19之上，实现联动机构7的六个伸缩杆7-14的直线运动转化为六个舱门2的同步开闭运动；飞行器的飞行器回收杆4-1与喇叭状回收装置3的锁紧机构3-4锁紧，并通过升降绳7-8悬吊于联动机构7上的绞盘7-2上，实现飞行器4-2悬吊。
本发明的优点效果
1、空中发放回收无人机花开式可开启式吊舱通过吊舱的喇叭状回收装置和飞行器的飞行器回收杆的虚定位与锁紧，实现飞行器的空中发放与回收；
2、空中发放回收无人机花开式可开启式吊舱通过吊舱舱门开闭与飞行器升降联动机构同步运动实现吊舱舱门开闭与飞行器升降同步运动；
3、空中发放回收无人机花开式可开启式吊舱通过螺旋锥和螺旋盘锥绳传动以及螺旋盘与多个伸缩杆同步滑动运动，实现多杆同步伸缩，通过多个多连杆机构实现舱门同步花开式开闭；
4、空中发放回收无人机花开式可开启式吊舱通过喇叭状回收装置的一次接触锥、二次接触锥和下支撑板的大口接触喇叭口和小口接触喇叭口两次虚定位接触，实现喇叭状回收装置提升过程中准确插入下支撑板的锥口内，实现精确定位与固定锁紧，提高飞行器悬挂的安全性和可靠性；
5、空中发放回收无人机花开式可开启式吊舱通过中空升降绳内部布置有飞行器锁紧机构功率及控制线、飞行器充电线等实现升降绳与飞行器锁紧机构功率线、飞行器锁紧机构控制线以及飞行器充电线的集成，完成飞行器升降、充电以及锁紧等功能集成；
6、空中发放回收无人机花开式可开启式吊舱呈现蜂巢形状，可实现多模块的拼装组合，同时舱门开启角度为90度，保证了多模块拼装后舱门开启不会发生干涉，舱门关闭后能实现无人机全部遮蔽，保证无人机的安全性、防护性及隐身性，同时各个吊舱之间舱门可独立开启，飞行器可独立发放回收，可适应不同作业任务的复杂性、多样性、定制性、模块重组性以及可靠性需求等。
附图说明
图1为吊舱与飞行器对接前示意图；
图2为吊舱与飞行器对接后示意图；
图3为吊舱舱门开闭与飞行器升降同步运动示意图；
图4为吊舱舱门关闭与飞行器提升锁紧示意图；
图5为吊舱舱门关闭与飞行器提升锁紧剖面图；
图6为吊舱舱门关闭与飞行器提升锁紧内部构造图；
图7为吊舱舱门开闭与飞行器升降联动机构运动原理示意图；
图8为吊舱舱门开闭与飞行器升降联动机构运动原理剖面图；
图9为舱门开启多连杆机构运动原理示意图。
其中，1、舱体；1-1：舱体铰接环；2、花开式六舱门；2-1:舱门铰接环；3、喇叭状回收装置；3-1：一次接触锥；3-2：接触柱；3-3：二次接触锥；3-4：锁紧机构；4-1：飞行器回收杆；4-2：飞行器；5、下支撑板；5-1：大口接触喇叭口；5-2：小口接触喇叭口；6：上支撑板；6-1：电池；6-2：控制器；6-3：电源管理系统；
7：联动机构；7-1：被动螺旋锥；7-2：绞盘；7-3:主动螺旋锥；7-4:螺旋锥支撑板；7-5:电机；7-6:电机支架；7-7:传动绳；7-8:升降绳；7-9:螺旋锥螺旋槽；7-10:滑动支撑盘；7-11:螺旋盘(螺旋上盘、螺旋下盘)；7-12:螺旋盘螺旋槽；7-13:传动销钉；7-14:伸缩杆；7-15：摆臂连杆；7-16：升降杆、7-17：舱门开闭连杆；7-18：六连杆机构；7-19：升降杆固定环；7-20：支撑辊；7-21：支撑杆；7-22:传动绳端部固定器；
具体实施方式
本发明设计原理
1、本发明设计难点。难点在于将飞行器空中发射、空中挂载、空中回收、空中开舱闭舱等功能集成在一起。
2、集成式吊舱的三个关键点。第一是舱门的设计，第二是回收装置的设计、第三是联动机构的设计。舱门采用花开式6舱门的设计，该设计同时兼顾了飞行器回收的方便和舱门开闭的方便；回收装置采用喇叭状回收装置的设计，该设计不仅便于瞬间和飞行器顺滑对位，而且喇叭状回收装置采用粗定位、限位两种方式相结合的方法；联动机构采用复合驱动的设计，该设计即兼顾了飞行器垂直运动、还兼顾了花开式舱门的伸缩运动。总之，三者互为依赖、依存，喇叭状回收装置能够在在舱门开启的一瞬间将飞行器发射出去，依赖于联动机构的垂直运动和伸缩运动同时进行的复合功能，喇叭状回收装置能够在舱门关闭之前的一瞬间把飞行器回收入位到吊舱相应位置，也依赖于联动机构的垂直运动和伸缩运动同时进行的复合功能，花开式舱门的开闭也依赖于联动机构，联动机构也依赖于花开式舱门作为联动对象。
总结：集成式吊舱是舱门、回收装置、联动机构三者组合以后的效果，而不是组合以前各个效果之和。
3、联动机构和喇叭状回收装置相配合实现飞行器发射。联动机构的电机带动锥、锥带动螺旋上盘运动、带动螺旋上盘带动螺旋下盘运动、螺旋下盘带动阿基米德螺旋槽的销钉在槽内沿着阿基米德螺旋槽运动、同时销钉穿过螺旋下盘进入直线槽、销钉沿着阿基米德螺旋槽从小半径运动到大半径的同时，销钉也带动螺旋下盘下面的六个直线槽内的六个伸缩杆逐渐由内向外扩展、当六个伸缩杆同步伸展时，从而带动六个摆臂连杆转动、六个摆臂连杆再带动六个升降杆升降、六个升降杆再带动六个舱门开闭连杆转动，最终带动六个舱门同步打开；当六个花开式舱门同步开启至垂直状态，控制器(控制器与电机相连，采用常规的控制方法，不在此赘述)控制喇叭状回收装置和飞行器也露出舱体外，最后，控制器控制飞行器的飞行器回收杆与喇叭状回收装置的锁紧机构解锁，实现飞行器的空中发射。
4、联动机构和喇叭状回收装置相配合实现飞行器回收。当飞行器上的飞行器回收杆插入舱体1的喇叭状回收装置内、并锁紧时，控制器控制联动机构的六个伸缩杆带动六连杆机构运动，从而带动六个舱门关闭，与此同时，控制器控制联动机构的绞盘同步旋转带动升降绳上升，从而带动喇叭状回收装置和飞行器上升，当六个舱门同步关闭水平到位的同时，喇叭状回收装置插入下支撑板的锥槽内，实现飞行器的牢固悬吊，防止其在舱体内晃动，从而结束了飞行器空中回收。所述控制器控制联动机构的绞盘同步旋转带动升降绳上升直至关闭舱门的具体过程为：控制器控制电机、电机带动锥、锥带动绞盘做上升运动、同时锥带动螺旋盘上盘转动、螺旋盘上盘通过绳带动螺旋盘下盘转动、螺旋盘下盘带动下盘槽内的销钉沿着阿基米德螺旋槽由大半径向小半径转动，由于销钉同时也和直线槽连接，所以销钉由阿基米德螺旋槽大半径向小半径运动的同时也带动直线槽内的伸缩杆由外向内收缩，伸缩杆收缩，又导致摆臂连杆、升降杆、舱门开闭连杆同步运动，直至关闭舱门，关闭舱门之前，绞盘做上升运动已将飞行器回收到吊舱的相应位置。
下面结合附图对本发明做出进一步解释。
一种空中发射及回收无人机的花开式可开启式吊舱，如图1、图2、图3、图4所示，包括舱体1、舱体1底部的花开式六舱门2、舱体1内部的上支撑板6和下支撑板5、固装在上支撑板6上的电器控制设备6-1、6-2、6-3、固装在下支撑板5上的喇叭状回收装置3、固装在上支撑板6和下支撑板5之间的联动机构7；所述联动机构7用于控制舱门2的开启和闭合、以及控制喇叭状回收装置3和飞行器4-2的升降，所述喇叭状回收装置3用于实现飞行器4-2的发射和回收。
所述的喇叭状回收装置3如图3、图5所示，包括一次接触锥3-1、接触柱3-2、二次接触锥3-3、锁紧机构3-4；所述的下支撑板5设有大口接触喇叭口5-1和小口接触喇叭口5-2，所述空中发放回收无人机花开式可开启式吊舱通过喇叭状回收装置3的一接触锥3-1、二次接触锥3-2与下支撑板5的大口接触喇叭口5-1和小口接触喇叭口5-2两次虚定位接触，实现喇叭状回收装置3提升过程中准确插入下支撑板5的锥口内，实现精确定位与固定锁紧，提高飞行器悬挂的安全性和可靠性。
所述喇叭状回收装置3用于实现飞行器回收如图1所示，具体为：将飞行器4-2上的飞行器回收杆4-1插入舱体1的喇叭状回收装置3内并锁紧，联动机构7的六个伸缩杆7-14带动六连杆机构7-18运动，从而带动六个舱门2关闭，与此同时，联动机构7的绞盘7-2同步旋转带动升降绳7-8上升，从而带动喇叭状回收装置3和飞行器4-2上升，当六个舱门2同步关闭水平到位的同时，喇叭状回收装置3插入下支撑板5的锥槽内，实现飞行器4-2的牢固悬吊，防止其在舱体内晃动，从而实现飞行器空中回收。
所述喇叭状回收装置用于实现飞行器发射如图1、图2、图3、图7、图9所示，具体为：所述联动机构7的六个伸缩杆7-14带动六连杆机构7-18运动，从而带动花开式六舱门2开启，与此同时，联动机构7的绞盘7-2同步旋转带动升降绳7-8下降，从而带动喇叭状回收装置3和飞行器4-1下降，当六个花开式舱门2同步开启至垂直状态，喇叭状回收装置3和飞行器4-2也露出舱体1外，最后，飞行器4-2的飞行器回收杆4-1与喇叭状回收装置3的锁紧机构3-4解锁，实现飞行器4-2的空中发射。
所述联动机构分为上下两层如图2、图6、图7、图8所示:
上层沿水平方向依次设有：被动螺旋锥7-1、绞盘7-2、主动螺旋锥7-3、螺旋锥支撑板7-4；电机7-5、电机支架7-6、传动绳7-7、升降绳7-8、螺旋锥螺旋槽7-9；该被动螺旋锥7-1、绞盘7-2、主动螺旋锥7-3通过支杆依次串联，并通过两个螺旋锥支撑板7-4固定安装于上支撑板6上；该电机7-5通过电机输出轴安装于所述主动螺旋锥7-3内，并通过电机支架7-6固定安装于上支撑板6上；该被动螺旋锥7-1和主动螺旋锥7-3布设于螺旋盘7-11上，该螺旋锥螺旋槽7-9和螺旋盘螺旋槽7-12相互吻合，传动绳7-7缠绕于主动螺旋锥7-3的螺旋锥螺旋槽7-9内和螺旋盘的螺旋盘螺旋槽7-12内，传动绳7-7两端传过螺旋盘7-11上面的通孔固定于传动绳端部固定器7-22上，升降绳7-8缠绕于绞盘7-2，电机7-5转动带动主动螺旋锥7-3、绞盘7-2、被动螺旋锥旋转7-1，从而带动升降绳7-8升降，并带动传动绳7-7缠绕，从而带动螺旋盘7-11旋转、以及带动六个传动销钉7-13直线移动，最终带动六个伸缩杆7-14直线移动，实现六个伸缩杆7-14同步伸缩和升降绳7-8同步升降运动。
下层如图7到图9所示，设有滑动支撑盘7-10、螺旋盘7-11、螺旋盘螺旋槽7-12，滑动支撑盘7-10固装于下支撑板5上，螺旋盘7-11通过六个传动销钉7-13、螺旋盘上的六条阿基米德螺旋槽、滑动支撑盘7-10上的六个直线槽铰接于滑动支撑盘7-10上，六个伸缩杆7-14与六个传动销钉7-13固定连接，通过六个传动销钉7-13在螺旋盘7-11上的六条阿基米德螺旋槽和滑动支撑盘7-10上的六个直线槽内相对滑动，从而带动螺旋盘7-11相对滑动支撑盘7-10旋转，并带动六个传动销钉7-13和六个伸缩杆7-14直线运动。
如图7、图9所示，所述联动机构伸缩杆7-14的大半径端从上至下设有摆臂连杆7-15、升降杆7-16、舱门开闭连杆7-17；该摆臂连杆7-15的上端铰接于伸缩杆7-14上，下端铰接于升降杆7-16上；该升降杆7-16上端连接摆臂连杆7-15、下端铰接于舱门开闭连杆上7-17；该舱门开闭连杆7-17呈弧形结构，防止与舱体1及舱门2发生干涉，该开闭连杆7-17另一端铰接于舱门2相应铰接点上，从而组成了六连杆机构7-18，当六个伸缩杆7-14同步伸缩时，从而带动六个摆臂连杆7-15转动，从而带动六个升降杆7-16升降，从而带动六个舱门开闭连杆7-17转动，最终带动六个舱门2同步开闭。
如图5、图9所示，所述花开式六舱门2包括舱门铰接环2-1，该舱门铰接环2-1分别铰接于舱体1的六个舱体铰接环1-1上，所述联动机构7的六连杆机构7-18的两端分别安装于联动机构7的六个伸缩杆7-14和六个舱门2之间，并套于多个升降杆固定环7-19之上，实现联动机构7的六个伸缩杆7-14的直线运动转化为六个舱门2的同步开闭运动；飞行器的飞行器回收杆4-1与喇叭状回收装置3的锁紧机构3-4锁紧，并通过升降绳7-8悬吊于联动机构7上的绞盘7-2上，实现飞行器4-2悬吊。
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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