弹射装置

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n x<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，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

橡筋绳

小车解锁释放机构加载电机

小车

加载机构

滑轮组

钢丝绳

升降千斤顶

活动铰链

固定支撑支撑架

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

0.25m 0.25m 0.25m

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。