弹射(弹射装置|百度文库)

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4.7.2 发射架设计 4.7.2.1 无人机发射架设计要求 已知无人机发动机推力 F=7kgf，弹射起飞的主要技术要求是： (1) 无人机质量：19kg; (2) 起飞速度：17m/s; (3) 弹射过程中轴向过载 nx<5g; (4) 采用车载机动发射，弹射装置便于运输，发射迅速方便； (5) 无人机上架安全方便。 (6) 整套装置使用维护方便，安全可靠。 4.7.2.2 发射架设计方案 考虑到无人机质量不超过 19kg，选用橡筋绳作为弹射动力，采取电动 和手动加载方式。如果采取气动或液压方式作为弹射能源弹射，必须要有配套 的供电设备，气动/液压设备，本身需要有加压泵、高压气罐/蓄能器、气缸 /液压缸、控制阀、输送管路等，设备使用维护比较麻烦，发射装置制造成 本高。发射架采用液压千斤顶支撑结构。 3.7.2.2.1 发射架结构设计 无人机发射架由发射架大梁、导轨、小车、小车解锁释放机构、滑轮 组、加载机构、橡筋绳、钢丝绳、缓冲装置和发射架升降机构等组成（见 图 2-1） 。缓冲装置 发射导轨 钢丝绳 小车 小车解锁释放机构加载电机 滑轮组橡筋绳 支撑架 升降千斤顶 加载机构 活动铰链 固定支撑图 2-1 发射架结构图无人机发射架大梁选用高为 200mm 的两根槽铝， 通过铝扁管连接而成。

发射导轨由高为 60mm 的两根槽铝组成。运动小车由一些铝型材焊接而成， 小车上有无人机锁定与自动解锁机构，小车采用四个滚动轴承定位在导轨 上，沿导轨方向运动，滚动轴承外有尼龙套。小车解锁释放机构是固定小 车和自动解锁释放小车，同时还要考虑小车上飞机的延时解锁，延时时间 为 100ms。滑轮组有两个定滑轮和一个动滑轮组成。加载机构是一个涡轮 涡杆减速机构，其传动比为 24：1，加载电机和人工手柄与减速机构涡杆轴 的两端连接，可正反加载，有手动电动转换手柄；加载时间为 2 分种，加 载速度为 2.3m/120s=19.2mm/s。橡筋绳采用φ18mm 的橡筋，通过大梁中间 通道一端固定在左端， 另一端固定在动滑轮上。 钢丝绳采用φ4mm 的绞绳， 一端与小车连接，另一端通过上动滑轮、定滑轮、下动滑轮与加载机构的 绞盘连接。缓冲装置用螺栓安装在发射导轨平面上，安装位置距小车前端 平面 5600mm，缓冲最大动能为 4479.5kgm2/s2，当缓冲行程为 0.1m 时，缓 冲最大加速度为 147.5g，最大缓冲力为 4571kg。发射架升降机构采用液压 千斤顶升降机构，发射架初始仰角为 5°，发射架工作状态仰角为 11~15° 可调， 与千斤顶铰链连接处距后端固定活动铰链连接处距离为 2300mm， 千 斤顶根据发射架上升最大行程约 401mm 定做。

前支撑架为螺杆结构，螺杆 上升行程最大为 900mm； 运输状态和工作状态， 发射架都要求有锁紧装置。 4.7.2.2.2 发射架的工作原理电动或手摇加载转动蜗轮蜗杆减速器，绞盘绞钢丝通过滑轮组拉伸橡 筋绳，将能量施加到小车上，小车被解锁释放后，弹性势能转化为无人机 和小车的动能，运动过程中小车通过单级动滑轮机构加速，当加速到起飞 速度时，小车被缓冲装置减速，小车上的无人机解锁起飞。 4.7.2.2.3 发射架各部件的主要功能： 发射架各部件的主要功能： 发射架大梁：由两根200高的槽铝，通过铝匾管焊接（或铆接）而成。 主要支撑导轨和安装加载机构。 加载机构：采用蜗轮蜗杆减速器将电动或手摇的12N·m力矩转化为橡 筋绳的拉力。用电动时，当橡筋绳拉伸到预定长度时，使用接近开关控制 电机停止工作。 橡筋绳：将电机通过蜗轮蜗杆加载拉伸橡筋绳的能量储存起来，相当 于气动/液压结构的蓄能器。 滑轮组：定滑轮改变力的方向，动滑轮起加速作用。 导轨：由两根高60的槽铝组成，使无人机在起飞过程中始终保持正确 的姿态，为便于运输，导轨为可升降结构，使用时导轨升高到固定高度。 小车：弹射过程中支托无人机，使飞机在运动过程中与小车无相对运 动，达到起飞速度后，飞机能够与小车自动可靠解锁。

小车解锁释放机构：加载过程中，小车锁定在初始位置，橡筋绳一端 固定，另一端被拉伸。小车自动解锁，橡筋绳能量瞬间释放，飞机弹射起 飞。 缓冲装置：飞机释放后使小车减速。 加载机构：通过加载电机自动对橡筋绳实施加载。 小车解锁机构：实施对小车自动解锁。发射架升降机构：工作时，发射架靠液压千斤顶支撑使发射架绕后端 固定的活动铰链转动6°，使发射架仰角为11°位置(最大15°)，千斤顶支 撑和固定的活动铰链上有锁定机构锁定发射架；运输时，液压千斤顶支撑 收缩，使发射架回到初始状态，千斤顶支撑和固定的活动铰链上的锁定机 构锁定发射架； 4.7.2.2.4 发射架参数确定 采用橡筋绳的弹射架原理已得到29基地总体所的使用，并得到200多次 试验验证。根据29基地总体所验证的发射架参数为：橡筋绳股数：4根；橡 筋绳拉伸量：2.3m；弹射质量：19kg；缓冲装置位置：距导轨底端5.6m。 采用5根橡筋绳，拉伸长度为2.3m，起飞位置为5.6m，通过计算得到最 大加速度为4.125g； 起飞速度为19.4m/秒；小车（飞机）助推时间约为0.53s。 发射装置加工完成后，为了全面考核整套装置的工作情况，具体确定 橡筋绳的拉伸量、缓冲装置的安装位置、无人机弹射过程中的最大过载、 无人机出轨速度等参数，需进行模拟弹射试验。

模拟弹射试验是在小车上加了19kg沙袋作为配重。为了测量弹射时的 速度和最大过载，测量时采取了以下方法： （1）过载加速度测试：起始点 运动方向0.25m0.25m0.25m按图示位置安装三个接近开关，在小车开始加速后，利用小车上的铁 磁性物掠过接近开关的时间，测算出小车在各段的近似加速度，再推算到 起始点的最大加速度，即为过载参数。（2）弹射速度测试。运动方向 缓冲碰撞点0.25m0.25m0.25m按图示位置安装三个接近开关，测试原理同（1），测算出小车在各点 的近似速度，再推算到缓冲碰撞点的瞬时速度，即为弹射速度。 （3）利用霍尔传感器和磁铁的相对运动测量小车的运动参数。在导轨 上贴上霍尔传感器，在小车上装上磁铁，当小车相对导轨运动时，磁铁经 过霍尔传感器产生电流，用示波器判读经过两磁铁间的时间，即可计算该 段距离内的运动参数。 （4）当测试的运动参数达到无人机弹射起飞的运动参数要求时，确定 橡筋绳股数、橡筋绳拉伸量、弹射质量、缓冲装置位置。 4.7.3 电气系统设计 电气系统包括控制台、控制箱、电站及配电、电气设备和电缆组成（如 图3）。 加载到位 接近开关 加载电机 飞机启动器 小车释放电磁阀控制箱（配电）电站控制线路电源控制台图3 电气控制原理图 4.7.3.1 控制台 控制台安装在测控方舱中，控制台的设计要求符合人机操作工程。

控 制台上有加载按钮、加载完成指示灯、飞机发动机启动按钮、飞机启动完 成指示灯、发射准备好按钮、发射准备好指示灯、无人机发射按钮。在控 制台完成无人机的发射准备及发射工作。 4.7.3.2 控制箱 控制箱中有发射准备控制电路。 4.7.3.3 电站及配电 电站选用交流 230V 50Hz 2KW 电站，满足全系统地面设备以及无人机 发射准备和发射的供电要求，配电要求将 230V 50Hz 交流电转换为系统电 气设备所要求的电源，地面计算机配有 UPS 电源。 4.7.3.4 电气设备 发射架上电气设备主要由加载电机、接近开关、飞机发动机启动电机、 启动器升降控制电机和小车释放电磁铁。 加载电机要求：转距12N.m弹射，功率1kW 启动电机要求：转距2N.m，转速500n，功率200W

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