本發(fā)明涉及一種制動(dòng)系統(tǒng)，尤其涉及一種無人機(jī)彈射器中的制動(dòng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電磁彈射器是利用電磁力推動(dòng)物體，使物體在短距離內(nèi)加速到一定速度后發(fā)射出去的裝置。當(dāng)無人機(jī)經(jīng)過加速段達(dá)到起飛速度后，與直線電機(jī)動(dòng)子上的無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)脫離，借助向前的慣性起飛升空，直線電機(jī)則在較短的距離內(nèi)結(jié)束運(yùn)動(dòng)，稱此過程為制動(dòng)過程。制動(dòng)裝置功能就是在短時(shí)間短距離內(nèi)完成對直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的制動(dòng)，制動(dòng)裝置性能的好壞一定程度上決定著彈射的整體效果。為適應(yīng)現(xiàn)代快速作戰(zhàn)節(jié)奏，無人機(jī)電磁彈射器要求具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，這就要求彈射軌道距離越短越好，相應(yīng)的制動(dòng)距離也應(yīng)減小。

傳統(tǒng)制動(dòng)方式單一，存在制動(dòng)距離長、效率低、沖擊大，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)場快速作戰(zhàn)的性能需求。因此，需要提出新的、更加有效的短距離制動(dòng)方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中彈射器制動(dòng)距離過長、效率低、沖擊大等缺陷，本發(fā)明提出了一種無人機(jī)電磁彈射器聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)，提高制動(dòng)性能和系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種無人機(jī)電磁彈射器聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)，包括彈射機(jī)架以及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)，所述彈射機(jī)架上設(shè)置有滑軌，無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)通過其兩側(cè)支撐在彈射機(jī)架的滑軌上，無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)能夠在彈射電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下沿著滑軌運(yùn)動(dòng)，其特征在于：在彈射機(jī)架上設(shè)置有反接制動(dòng)單元，且在彈射機(jī)架上還設(shè)置有液壓制動(dòng)單元和永磁渦流制動(dòng)單元中的至少一種制動(dòng)單元。

進(jìn)一步地，本發(fā)明在彈射機(jī)架上設(shè)置有反接制動(dòng)單元、液壓制動(dòng)單元和永磁渦流制動(dòng)單元，液壓制動(dòng)單元設(shè)置在永磁渦流制動(dòng)單元的前方，工作時(shí)，反接制動(dòng)單元最先工作且持續(xù)整個(gè)制動(dòng)過程，然后液壓制動(dòng)單元作用，最后永磁渦流制動(dòng)單元工作，三者聯(lián)合作用使無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)減速停止，完成制動(dòng)整個(gè)過程。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述彈射電機(jī)采用永磁直線電機(jī)，永磁直線電機(jī)包括永磁直線電機(jī)動(dòng)子(即線圈繞組動(dòng)子)和永磁體定子，所述無人機(jī)支撐平臺(tái)底面的左右兩側(cè)安裝有永磁直線電機(jī)動(dòng)子，順著滑軌方向呈長條設(shè)置的永磁體定子固定在滑軌內(nèi)且位于兩側(cè)永磁直線電機(jī)動(dòng)子之間，永磁體定子的長度與滑軌長度相同；所述彈射電機(jī)外側(cè)的滑軌內(nèi)壁上設(shè)置有位置檢測傳感器，所述彈射電機(jī)通過導(dǎo)線連接有電磁彈射器控制器以及電源，電磁彈射器控制器與電源之間通過導(dǎo)線連接，所述電磁彈射器控制器、彈射電機(jī)、位置檢測傳感器和電源構(gòu)成了反接制動(dòng)單元。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的電源為蓄電池組，蓄電池組為10節(jié)蓄電池串聯(lián)而成，蓄電池組為彈射電機(jī)及電磁彈射器控制器供電，蓄電池選型為Odyssey公司的PC2250閥控鉛酸動(dòng)力蓄電池。

當(dāng)無人機(jī)達(dá)到起飛速度與無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)脫離后，永磁直線電機(jī)動(dòng)子經(jīng)過設(shè)定的位置檢測傳感器，該位置檢測傳感器將檢測到的信號(hào)傳回電磁彈射器控制器，電磁彈射器控制器發(fā)出制動(dòng)信號(hào)控制彈射電機(jī)中電流流向，使永磁直線電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向與彈射電機(jī)磁場的運(yùn)動(dòng)方向相反，使彈射電機(jī)產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)趨勢相反的制動(dòng)力，進(jìn)而使永磁直線電機(jī)動(dòng)子和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)速度降低。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述液壓制動(dòng)單元包括液壓缸、制動(dòng)緩沖擋塊、攔阻鋼絲繩及滑輪組，液壓缸固定在彈射機(jī)架的下方，液壓缸包括缸體和缸桿，制動(dòng)緩沖擋塊通過其底部的直線滑塊滑動(dòng)安裝在無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)經(jīng)反接制動(dòng)單元制動(dòng)減速一定距離后的滑軌上，彈射機(jī)架下方安裝有多組滑輪組，制動(dòng)緩沖擋塊連接有攔阻鋼絲繩，攔阻鋼絲繩經(jīng)多組滑輪組其另一端連接到缸桿上。

當(dāng)無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)經(jīng)反接制動(dòng)單元制動(dòng)減速一定距離后碰撞到制動(dòng)緩沖擋塊，制動(dòng)緩沖擋塊通過滑輪組帶動(dòng)攔阻鋼絲繩拉動(dòng)液壓缸的缸桿，液壓缸通過攔阻鋼絲繩拉動(dòng)做功，根據(jù)能量守恒定律，將永磁直線電機(jī)動(dòng)子和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液壓缸的動(dòng)能，使永磁直線電機(jī)動(dòng)子和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的速度降低。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述永磁渦流制動(dòng)單元包括導(dǎo)體板和halbach永磁體陣列，halbach永磁體陣列安裝在無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)經(jīng)反接制動(dòng)單元制動(dòng)減速一定距離后的滑軌的一內(nèi)側(cè)邊，且halbach永磁體陣列與永磁直線電機(jī)定子平行；導(dǎo)體板安裝在無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的任意一側(cè)面。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述halbach永磁體陣列由縱向充磁的永磁體和旋轉(zhuǎn)90°橫向充磁的永磁體組成，且兩種永磁體依次交替地間隔布置。

當(dāng)無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)經(jīng)制動(dòng)減速進(jìn)入設(shè)有halbach永磁體陣列的滑軌區(qū)域，halbach永磁體陣列產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)體板中感應(yīng)出電渦流，將永磁直線電機(jī)動(dòng)子和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體板內(nèi)的熱能消耗掉，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

本發(fā)明包括反接制動(dòng)單元、液壓制動(dòng)單元和永磁渦流制動(dòng)單元三種制動(dòng)單元的工作過程如下：

本發(fā)明主要完成對永磁直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的制動(dòng)；

首先，當(dāng)永磁直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)到達(dá)制動(dòng)段，經(jīng)過位置檢測傳感器立即將采集的信號(hào)傳遞到電磁彈射器控制器，電磁彈射器控制器控制換相過程，向永磁直線電機(jī)的永磁直線電機(jī)動(dòng)子(即線圈繞組動(dòng)子)中通入反向電流，反接制動(dòng)啟動(dòng)，產(chǎn)生反向制動(dòng)力使永磁直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)減速；

然后，永磁直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)進(jìn)入渦流制動(dòng)的Halbach永磁體陣列磁場中，永磁體陣列在運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體板中感應(yīng)出渦流，從而產(chǎn)熱耗能，永磁體陣列采用Halbach陣列較普通陣列效率提高了將近2倍；

最后，無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)碰撞制動(dòng)緩沖擋塊，制動(dòng)緩沖擋塊通過滑輪組帶動(dòng)攔阻鋼絲繩抽出液壓缸的缸桿，將永磁直線電機(jī)動(dòng)子和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液壓缸的動(dòng)能，使永磁直線電機(jī)動(dòng)子和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的速度降低。

反接制動(dòng)、液壓制動(dòng)、永磁渦流制動(dòng)三者聯(lián)合作用，可以提供90kN的制動(dòng)力，永磁直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的速度在短時(shí)間短距離內(nèi)迅速平穩(wěn)的下降至零。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明制動(dòng)系統(tǒng)采用反接制動(dòng)單元、永磁渦流制動(dòng)單元和液壓制動(dòng)單元三者協(xié)同聯(lián)合制動(dòng)，能在短時(shí)間、短距離范圍內(nèi)消耗永磁直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)的動(dòng)能。首先通過反接制動(dòng)提供反向動(dòng)力消耗永磁直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)動(dòng)能，使永磁直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)在與液壓制動(dòng)單元的制動(dòng)緩沖擋塊接觸時(shí)，更加平穩(wěn)，沖力大幅度減小，能更好地保護(hù)永磁直線電機(jī)動(dòng)子及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)不受損壞；通過引入永磁渦流制動(dòng)及液壓制動(dòng)，可使得聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)所占空間尺寸更小、結(jié)構(gòu)更緊湊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明無人機(jī)電磁彈射器聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本發(fā)明無人機(jī)電磁彈射器聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)的永磁制動(dòng)單元結(jié)構(gòu)圖

圖3是本發(fā)明無人機(jī)電磁彈射器聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明無人機(jī)電磁彈射器聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)圖。

圖5是本發(fā)明無人機(jī)電磁彈射器聯(lián)合制動(dòng)系統(tǒng)永磁渦流制動(dòng)單元halbach永磁體陣列原理圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括彈射機(jī)架19以及無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142，所述彈射機(jī)架19上設(shè)置有滑軌，無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142通過其兩側(cè)支撐在彈射機(jī)架19的滑軌上，無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142能夠在彈射電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下沿著滑軌運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中在彈射機(jī)架19上設(shè)置有反接制動(dòng)單元1、永磁渦流制動(dòng)單元2和液壓制動(dòng)單元3。在此進(jìn)行說明，永磁渦流制動(dòng)單元和液壓制動(dòng)單元根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，其是否同時(shí)設(shè)置以及設(shè)置的前后順序也根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。

所述的反接制動(dòng)單元1包括電磁彈射器控制器11、彈射電機(jī)14、位置檢測傳感器12、蓄電池組13，位置檢測傳感器12焊接在彈射電機(jī)14外側(cè)的滑軌內(nèi)壁上。蓄電池組為10節(jié)蓄電池串聯(lián)而成，蓄電池組為彈射電機(jī)及電磁彈射器控制器供電，蓄電池選型為Odyssey公司的PC2250閥控鉛酸動(dòng)力蓄電池。

電磁彈射器控制器11與蓄電池組13放置在彈射電機(jī)14下側(cè)，電磁彈射器控制器11與彈射電機(jī)14通過導(dǎo)線連接，電磁彈射器控制器11與蓄電池組13通過導(dǎo)線連接，彈射電機(jī)14與蓄電池組13也通過導(dǎo)線連接。

彈射電機(jī)14采用永磁直線電機(jī)，永磁直線電機(jī)由永磁直線電機(jī)動(dòng)子141(即線圈繞組動(dòng)子)和永磁體定子143組成。所述無人機(jī)支撐平臺(tái)142底面的左右兩側(cè)安裝有永磁直線電機(jī)動(dòng)子141，順著滑軌方向呈長條設(shè)置的永磁體定子143固定在滑軌內(nèi)且位于兩側(cè)永磁直線電機(jī)動(dòng)子141之間，永磁體定子143的長度與滑軌長度相同。

所述的永磁渦流制動(dòng)單元2包括導(dǎo)體板21和halbach永磁體陣列22，halbach永磁體陣列22安裝在無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142經(jīng)反接制動(dòng)單元1制動(dòng)減速一定距離后的滑軌的一內(nèi)側(cè)邊，且halbach永磁體陣列22與永磁直線電機(jī)的永磁體定子143平行。導(dǎo)體板安裝在無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142的任意一側(cè)面，如圖2所示。導(dǎo)體板安裝在無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)左側(cè)面，利用無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)固定導(dǎo)體板，節(jié)省空間提高利用率。如圖5所示，halbach永磁體陣列22由縱向充磁的永磁體和旋轉(zhuǎn)90°橫向充磁的永磁體組成，依次交替地間隔布置。

所述的液壓制動(dòng)單元3包括液壓缸31、制動(dòng)緩沖擋塊32、攔阻鋼絲繩33及滑輪組34。液壓缸31固定在彈射電機(jī)14的下部。液壓缸31由缸體311和缸桿312組成，缸桿312部分安裝在缸體311內(nèi)部，其間填充氣體。制動(dòng)緩沖擋塊32在制動(dòng)區(qū)域通過其底部的直線滑塊裝置滑動(dòng)設(shè)置在無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)經(jīng)反接制動(dòng)單元制動(dòng)減速一定距離后的滑軌上。制動(dòng)緩沖擋塊32下部與兩根攔阻鋼絲繩33相連；滑輪組34安裝在彈射電機(jī)14下側(cè)，對稱分布，制動(dòng)緩沖擋塊32正下方有一對，彈射電機(jī)14末端部有一對；兩根攔阻鋼絲繩33先通過制動(dòng)緩沖擋塊32正下方的滑輪組34，然后通過末端滑輪組34，之后纏繞成一根，連接到缸桿312上。

基于圖1-圖4的結(jié)構(gòu)，以下具體描述本本實(shí)施例的具體工作原理：

當(dāng)無人機(jī)達(dá)到起飛速度與永磁直線電機(jī)動(dòng)子141和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142脫離后，永磁直線電機(jī)動(dòng)子141經(jīng)過位置檢測傳感器12，位置檢測傳感器12將接收到的信號(hào)傳回電磁彈射器控制器11，電磁彈射器控制器11接收到制動(dòng)信號(hào)，控制彈射電機(jī)14中電流流向，使電機(jī)產(chǎn)生于運(yùn)動(dòng)趨勢相反的制動(dòng)力，進(jìn)而使永磁直線電機(jī)動(dòng)子141和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142速度降低。

當(dāng)永磁直線電機(jī)動(dòng)子141和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142減速0.5米進(jìn)入液壓制動(dòng)單元3時(shí)，永磁直線電機(jī)動(dòng)子141碰撞制動(dòng)緩沖擋塊32，制動(dòng)緩沖擋塊32通過滑輪組帶動(dòng)攔阻鋼絲繩33拉動(dòng)液壓缸31的缸桿312，液壓缸31通過攔阻鋼絲繩拉動(dòng)做功，根據(jù)能量守恒定律，將永磁直線電機(jī)動(dòng)子141和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為液壓缸31的動(dòng)能，使永磁直線電機(jī)動(dòng)子141和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142的速度大大降低。

最后，永磁直線電機(jī)動(dòng)子141和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142進(jìn)入渦流制動(dòng)單元2，無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142帶動(dòng)導(dǎo)體板21進(jìn)入halbach永磁體陣列22區(qū)域，halbach永磁體陣列22產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)體板21中感應(yīng)出電渦流，將永磁直線電機(jī)動(dòng)子141和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體板21內(nèi)的熱能消耗掉，從而達(dá)到制動(dòng)的效果。

本實(shí)施例制動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，反接制動(dòng)單元1最先工作且持續(xù)整個(gè)制動(dòng)過程、繼而液壓制動(dòng)單元3作用，最后永磁渦流制動(dòng)單元2工作，三者聯(lián)合作用使永磁直線電機(jī)動(dòng)子141和無人機(jī)支撐彈射平臺(tái)142減速停止，完成制動(dòng)整個(gè)過程。

以上包含了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的說明，這是為了詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)特征，并不是想要將發(fā)明內(nèi)容限制在實(shí)施例所描述的具體形式中，依據(jù)本發(fā)明內(nèi)容主旨進(jìn)行的其他修改和變型也受本專利保護(hù)。本發(fā)明內(nèi)容的主旨是由權(quán)利要求書所界定，而非由實(shí)施例的具體描述所界定。