基本信息
- 項目名稱：
- 基于火箭發(fā)射的折疊式無人機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品的名稱叫做基于火箭發(fā)射的折疊式無人機，它最大的特點在于可以“變形”——在存儲，運輸和發(fā)射狀態(tài)下，它可以將機翼和尾翼完全折疊起來變成圓柱狀，從而能夠被裝進火箭彈中。當被發(fā)射到空中時，它可以自動展開機翼和尾翼像普通飛機那樣自由的翱翔。 飛機折疊后被裝入火箭彈中進行發(fā)射，到達目標區(qū)域上空后飛機與火箭彈分離，并通過減速傘減速到巡飛速度，然后機翼和尾翼自動展開開始巡飛并執(zhí)行任務。由于飛機可以以火箭彈的飛行速度到達目標上空，因此在其執(zhí)行偵察任務時，從發(fā)射到獲取目標情報所需的時間較普通小型無人機大大減少，這對于需要及時掌握信息并做出快速反應的現(xiàn)代戰(zhàn)爭意義重大。同時它還能用于生活中處理緊急突發(fā)事件，如地震災情評估，森林火災情況勘察等。飛機在搭載不同設備后還能實現(xiàn)GPS導航，自主飛行，通信中繼，電子干擾等一系列拓展功能。
- 詳細介紹：
- 現(xiàn)代戰(zhàn)場瞬息萬變，誰能更早的掌握敵方的情報，做出針對性的部署和行動，將會在很大程度上決定戰(zhàn)爭的走向。無人機作為情報收集，信息偵察的手段在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著越來越重要的作用。但是現(xiàn)役的無人機仍然存在一些不足，如小型無人機雖然使用靈活，便于攜帶，但飛行速度慢，進入戰(zhàn)區(qū)時間長，航程短；而大中型無人機雖然航程遠，飛行速度快，然而不便于靈活部署，難于單兵或小組攜帶。如果存在一種無人機，既具備使用靈活，便于攜帶的優(yōu)點，又有快速到達戰(zhàn)區(qū)上方的能力，以最快的速度獲取情報，那么該種無人機，將在節(jié)奏日益加快的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，起到重要的作用。 為此，提出將小型無人機與火箭相結合，將無人機折疊后置于火箭中進行發(fā)射，到達目標區(qū)域后，飛機與火箭分離，展開機翼后開始巡飛執(zhí)行任務。這樣依靠火箭飛行的高速度使得其具有快速到達戰(zhàn)區(qū)上方的能力同時還具備靈活部署，便于攜帶的特點。為解決上述問題提出了一種新的思路。 該型無人機主要具有以下四個特點： 一、可折疊，易于攜帶：機翼采用“鉆石背”式氣動布局，可以整體折疊，由彈簧驅動展開，簡單可靠。在折疊狀態(tài)下，整機可收放于截面直徑為210mm的圓筒內，便于攜帶和發(fā)射。 二、火箭發(fā)射，快速部署：常規(guī)動力無人機（如電動）飛行到3km以外的目的地，需要150s，而本作品通過火箭發(fā)射到目的地上空，再展開進行工作，需要不到30s，縮短了部署時間，反應能力強，為最快獲取戰(zhàn)場信息提供了保障。 三、“零”準備時間：整機折疊存放，接通電源開關,即可使用，無需現(xiàn)場組裝，隨時處在戰(zhàn)備狀態(tài)。 四、使用靈活，用途廣泛：飛行速度小，高度低，便于人員操作，亦可用于勘探，搜救以及測量等任務。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 現(xiàn)有的大型無人偵察機使用與維護較為復雜，只適合等級較高的作戰(zhàn)單位使用，靈活性不高。小型無人機雖然可以單兵攜帶，靈活發(fā)射，但航程與飛行速度有所不及，不能對戰(zhàn)場做出快速反應。 為了解決以上問題，本作品將小型無人機與火箭相結合，為小型無人機的發(fā)射、部署方式提供一種新的思路。即無人機折疊后裝入火箭內，依靠火箭發(fā)射到目標空域，然后與火箭分離開始工作。由于火箭的飛行速度遠高于無人機，故可以大幅度減少無人機到達目標上空所需的時間，實現(xiàn)了小型無人機的快速部署，為及時獲取情報提供了有力的支持。 創(chuàng)新點：機翼采用整體折疊的方式，折疊后外形簡單，體積小。通過火箭發(fā)射，可以實現(xiàn)快速部署。如用于手拋發(fā)射，則無需組裝，實現(xiàn)“零”準備時間。 本作品的技術關鍵是實現(xiàn)飛機機翼的可折疊功能，以使其能夠利用火箭進行發(fā)射，并且到達目標上空時機翼可以自動展開。該機采用“鉆石背”式氣動布局，通過綜合考慮機翼折疊與氣動外形之間，以及結構強度與飛機重量之間的矛盾，設計并制作出了試驗機與展開機構，并結合實驗成功解決了翼身連接，展開機構驅動方式和機翼的展開控制等一系列關鍵技術，基本實現(xiàn)了以上功能。 經(jīng)過理論計算和實驗驗證，本作品可以使無人機到達5km外區(qū)域上空的時間減少80％以上，并且機翼可以在0.56s內由折疊狀態(tài)轉換為展開狀態(tài)，較好的實現(xiàn)了設計目的。 主要技術指標: 起飛重量：2.5kg 任務載荷：1kg 續(xù)航時間：10min 折疊狀態(tài)截圓直徑：200mm
科學性、先進性
- 本作品科學性、先進性主要表現(xiàn)在以下幾點： 第一，機翼和尾翼可以折疊。通過對比不同的機翼折疊方式，采用了“鉆石背”式氣動布局，利用曲柄滑塊機構實現(xiàn)機翼的折疊。同時尾翼與機翼實現(xiàn)聯(lián)動展開。折疊后，飛機體積小、外形簡單。相對于其他折疊式無人機，本作品具有結構簡單、可靠性高、成本低、效費比高等優(yōu)點。 第二，無人機由火箭發(fā)射到目標區(qū)域上空。由于火箭的飛行速度遠高于無人機，因此通過這種方式可以將無人機以比常規(guī)方式更快的速度部署到目標區(qū)域，提高快速反應能力。經(jīng)過計算，目前國內外同等規(guī)模的無人機到達5km外工作空域所需時間約為250s，而本作品只需約40s，時間減少了80%以上。 第三，折疊式無人機除可采用火箭發(fā)射外，還能夠采用其它發(fā)射方式。當采用單兵手拋發(fā)射時，其從折疊狀態(tài)轉換至展開狀態(tài)時間僅0.56s，可以實現(xiàn)“零”準備時間，極具靈活性。 第四，無人機飛行穩(wěn)定，能攜帶多種任務載荷，用途廣泛，如攜帶照相設備可執(zhí)行戰(zhàn)場偵察、災情評估等任務。
獲獎情況及鑒定結果
- 曾在第五屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學生課外科技作品競賽中獲得特等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 對基于火箭發(fā)射的折疊式無人機進行操縱須接受短時間的簡單訓練。無人機的控制可以通過地面操作人員進行手動控制，或在地面站的指令控制下采用自動駕駛儀自動操縱飛機完成任務并返航。 本作品低成本、飛行準備時間短、進入任務區(qū)域時間短、實用性強等特點使其有著廣泛的應用前景?？衫闷溆行лd荷，搭載不同的機載設備模塊，實現(xiàn)不同的功能，如用于戰(zhàn)場實時偵察、目標定位、電子干擾、通信中繼、火炮校射、森林防火、邊境監(jiān)控、災情評估、突發(fā)事件處置等領域。 此外，基于火箭發(fā)射的折疊式無人機在投入正式生產后，能夠使用新材料、新技術對飛機進行改進，從而使其性能大大提升，同時由于標準化生產，產品的成本還能夠大大降低，更加凸現(xiàn)了該款無人機的優(yōu)勢。
同類課題研究水平概述
- 目前國內外關于無人機折疊后借助外力發(fā)射升空，到達目標上空時再開始工作的研究和報道主要集中在巡飛彈和箭射無人機兩方面，其中以巡飛彈的研究更為廣泛。美國、英國、以色列、俄羅斯等國都取得了一系列進展。 一、巡飛彈是一種利用現(xiàn)有平臺投放，能在目標區(qū)進行巡邏飛行，可執(zhí)行監(jiān)視、偵察、戰(zhàn)斗毀傷評估、無線中繼及目標攻擊等單一或多項任務的彈藥。它由戰(zhàn)斗部、制導裝置、推進系統(tǒng)、控制裝置（含彈翼）、穩(wěn)定裝置（含尾翼或降落傘）等組成。 以下是其中比較典型的幾個產品： 美國陸軍155mm“快看”偵察巡飛彈。該彈長約1m，重量36kg～41kg。由榴彈炮發(fā)射后(初速為289m/s)，飛行2000m后到達彈道最高點(約1000m)，然后打開彈翼和推進器，發(fā)動機開始工作。飛行中，巡飛彈利用GPS導航，并在空中巡邏飛行30min。它能在距離發(fā)射點50km遠的地方，利用其傳感器掃描39km2的區(qū)域。 俄羅斯的R-90微型飛行器。它由“旋風”300mm火箭系統(tǒng)投放，采用GPS導航和預編程飛行。該飛行器翼展2.56m、長1.42m、高0.40m、最大飛行高度3000m、續(xù)航時間30min、巡航速度108～144km/h、最大發(fā)射重量5kg、容器投放時速度1800km/h。 以色列的“隕石”單兵巡飛彈是一種筒式發(fā)射的便攜式偵察型巡飛彈，彈翼在發(fā)射后快速展開為飛行狀態(tài)，可利用穩(wěn)定式攝像頭大范圍定點監(jiān)視目標。該彈作戰(zhàn)范圍廣，滯空時間長，能夠提供目標的實時圖像并直接支援作戰(zhàn)部隊。 二、箭射無人機的研究相對較少，但也引起了各國的重視，其與巡飛彈存在的主要區(qū)別是飛機并不攜帶戰(zhàn)斗部，不具有殺傷功能，可以回收并多次重復使用。 以下是國內外關于此類無人機的進展情況： 以色列的skylite無人機是一種單兵攜帶、筒式發(fā)射的偵察無人機。該機總重6kg、機身直徑120mm、翼展1.5m、機身長度1.1m、飛行速度22～35m/s，飛行高度100～300m、最大作戰(zhàn)半徑可達10km，通過降落傘和緩震氣囊回收。機上攜帶有一個攝像頭，可在目標區(qū)域上空停留1h，該機可在開闊地、樹林、城市街道甚至室內發(fā)射。 國內關于箭射無人機的折疊和發(fā)射方面的研究也取得了一些系列進展，但僅停留在理論研究和驗證階段，尚未有投入生產和使用的機型。
