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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于火箭發(fā)射的折疊式無人機(jī)
- 小類：
- 機(jī)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(jī)，它最大的特點(diǎn)在于可以“變形”——在存儲，運(yùn)輸和發(fā)射狀態(tài)下，它可以將機(jī)翼和尾翼完全折疊起來變成圓柱狀，從而能夠被裝進(jìn)火箭彈中。當(dāng)被發(fā)射到空中時，它可以自動展開機(jī)翼和尾翼像普通飛機(jī)那樣自由的翱翔。 飛機(jī)折疊后被裝入火箭彈中進(jìn)行發(fā)射，到達(dá)目標(biāo)區(qū)域上空后飛機(jī)與火箭彈分離，并通過減速傘減速到巡飛速度，然后機(jī)翼和尾翼自動展開開始巡飛并執(zhí)行任務(wù)。由于飛機(jī)可以以火箭彈的飛行速度到達(dá)目標(biāo)上空，因此在其執(zhí)行偵察任務(wù)時，從發(fā)射到獲取目標(biāo)情報(bào)所需的時間較普通小型無人機(jī)大大減少，這對于需要及時掌握信息并做出快速反應(yīng)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(zāi)情評估，森林火災(zāi)情況勘察等。飛機(jī)在搭載不同設(shè)備后還能實(shí)現(xiàn)GPS導(dǎo)航，自主飛行，通信中繼，電子干擾等一系列拓展功能。
- 詳細(xì)介紹：
- 現(xiàn)代戰(zhàn)場瞬息萬變，誰能更早的掌握敵方的情報(bào)，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(jī)作為情報(bào)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(jī)仍然存在一些不足，如小型無人機(jī)雖然使用靈活，便于攜帶，但飛行速度慢，進(jìn)入戰(zhàn)區(qū)時間長，航程短；而大中型無人機(jī)雖然航程遠(yuǎn)，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(jī)，既具備使用靈活，便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)，又有快速到達(dá)戰(zhàn)區(qū)上方的能力，以最快的速度獲取情報(bào)，那么該種無人機(jī)，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(jī)與火箭相結(jié)合，將無人機(jī)折疊后置于火箭中進(jìn)行發(fā)射，到達(dá)目標(biāo)區(qū)域后，飛機(jī)與火箭分離，展開機(jī)翼后開始巡飛執(zhí)行任務(wù)。這樣依靠火箭飛行的高速度使得其具有快速到達(dá)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(diǎn)。為解決上述問題提出了一種新的思路。 該型無人機(jī)主要具有以下四個特點(diǎn)： 一、可折疊，易于攜帶：機(jī)翼采用“鉆石背”式氣動布局，可以整體折疊，由彈簧驅(qū)動展開，簡單可靠。在折疊狀態(tài)下，整機(jī)可收放于截面直徑為210mm的圓筒內(nèi)，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(jī)（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(jìn)行工作，需要不到30s，縮短了部署時間，反應(yīng)能力強(qiáng)，為最快獲取戰(zhàn)場信息提供了保障。 三、“零”準(zhǔn)備時間：整機(jī)折疊存放，接通電源開關(guān),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(wù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 現(xiàn)有的大型無人偵察機(jī)使用與維護(hù)較為復(fù)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(jī)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(yīng)。 為了解決以上問題，本作品將小型無人機(jī)與火箭相結(jié)合，為小型無人機(jī)的發(fā)射、部署方式提供一種新的思路。即無人機(jī)折疊后裝入火箭內(nèi)，依靠火箭發(fā)射到目標(biāo)空域，然后與火箭分離開始工作。由于火箭的飛行速度遠(yuǎn)高于無人機(jī)，故可以大幅度減少無人機(jī)到達(dá)目標(biāo)上空所需的時間，實(shí)現(xiàn)了小型無人機(jī)的快速部署，為及時獲取情報(bào)提供了有力的支持。 創(chuàng)新點(diǎn)：機(jī)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(shí)現(xiàn)快速部署。如用于手拋發(fā)射，則無需組裝，實(shí)現(xiàn)“零”準(zhǔn)備時間。 本作品的技術(shù)關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)翼的可折疊功能，以使其能夠利用火箭進(jìn)行發(fā)射，并且到達(dá)目標(biāo)上空時機(jī)翼可以自動展開。該機(jī)采用“鉆石背”式氣動布局，通過綜合考慮機(jī)翼折疊與氣動外形之間，以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與飛機(jī)重量之間的矛盾，設(shè)計(jì)并制作出了試驗(yàn)機(jī)與展開機(jī)構(gòu)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)成功解決了翼身連接，展開機(jī)構(gòu)驅(qū)動方式和機(jī)翼的展開控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)了以上功能。 經(jīng)過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本作品可以使無人機(jī)到達(dá)5km外區(qū)域上空的時間減少80％以上，并且機(jī)翼可以在0.56s內(nèi)由折疊狀態(tài)轉(zhuǎn)換為展開狀態(tài)，較好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的。 主要技術(shù)指標(biāo): 起飛重量：2.5kg 任務(wù)載荷：1kg 續(xù)航時間：10min 折疊狀態(tài)截圓直徑：200mm
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品科學(xué)性、先進(jìn)性主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： 第一，機(jī)翼和尾翼可以折疊。通過對比不同的機(jī)翼折疊方式，采用了“鉆石背”式氣動布局，利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的折疊。同時尾翼與機(jī)翼實(shí)現(xiàn)聯(lián)動展開。折疊后，飛機(jī)體積小、外形簡單。相對于其他折疊式無人機(jī)，本作品具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)。 第二，無人機(jī)由火箭發(fā)射到目標(biāo)區(qū)域上空。由于火箭的飛行速度遠(yuǎn)高于無人機(jī)，因此通過這種方式可以將無人機(jī)以比常規(guī)方式更快的速度部署到目標(biāo)區(qū)域，提高快速反應(yīng)能力。經(jīng)過計(jì)算，目前國內(nèi)外同等規(guī)模的無人機(jī)到達(dá)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(jī)除可采用火箭發(fā)射外，還能夠采用其它發(fā)射方式。當(dāng)采用單兵手拋發(fā)射時，其從折疊狀態(tài)轉(zhuǎn)換至展開狀態(tài)時間僅0.56s，可以實(shí)現(xiàn)“零”準(zhǔn)備時間，極具靈活性。 第四，無人機(jī)飛行穩(wěn)定，能攜帶多種任務(wù)載荷，用途廣泛，如攜帶照相設(shè)備可執(zhí)行戰(zhàn)場偵察、災(zāi)情評估等任務(wù)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 曾在第五屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外科技作品競賽中獲得特等獎
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 對基于火箭發(fā)射的折疊式無人機(jī)進(jìn)行操縱須接受短時間的簡單訓(xùn)練。無人機(jī)的控制可以通過地面操作人員進(jìn)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(jī)完成任務(wù)并返航。 本作品低成本、飛行準(zhǔn)備時間短、進(jìn)入任務(wù)區(qū)域時間短、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)使其有著廣泛的應(yīng)用前景?？衫闷溆行лd荷，搭載不同的機(jī)載設(shè)備模塊，實(shí)現(xiàn)不同的功能，如用于戰(zhàn)場實(shí)時偵察、目標(biāo)定位、電子干擾、通信中繼、火炮校射、森林防火、邊境監(jiān)控、災(zāi)情評估、突發(fā)事件處置等領(lǐng)域。 此外，基于火箭發(fā)射的折疊式無人機(jī)在投入正式生產(chǎn)后，能夠使用新材料、新技術(shù)對飛機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，從而使其性能大大提升，同時由于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，產(chǎn)品的成本還能夠大大降低，更加凸現(xiàn)了該款無人機(jī)的優(yōu)勢。
同類課題研究水平概述
- 目前國內(nèi)外關(guān)于無人機(jī)折疊后借助外力發(fā)射升空，到達(dá)目標(biāo)上空時再開始工作的研究和報(bào)道主要集中在巡飛彈和箭射無人機(jī)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(jìn)展。 一、巡飛彈是一種利用現(xiàn)有平臺投放，能在目標(biāo)區(qū)進(jìn)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(biāo)攻擊等單一或多項(xiàng)任務(wù)的彈藥。它由戰(zhàn)斗部、制導(dǎo)裝置、推進(jìn)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(chǎn)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(dá)彈道最高點(diǎn)(約1000m)，然后打開彈翼和推進(jìn)器，發(fā)動機(jī)開始工作。飛行中，巡飛彈利用GPS導(dǎo)航，并在空中巡邏飛行30min。它能在距離發(fā)射點(diǎn)50km遠(yuǎn)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(fēng)”300mm火箭系統(tǒng)投放，采用GPS導(dǎo)航和預(yù)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(diǎn)監(jiān)視目標(biāo)。該彈作戰(zhàn)范圍廣，滯空時間長，能夠提供目標(biāo)的實(shí)時圖像并直接支援作戰(zhàn)部隊(duì)。 二、箭射無人機(jī)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(jī)并不攜帶戰(zhàn)斗部，不具有殺傷功能，可以回收并多次重復(fù)使用。 以下是國內(nèi)外關(guān)于此類無人機(jī)的進(jìn)展情況： 以色列的skylite無人機(jī)是一種單兵攜帶、筒式發(fā)射的偵察無人機(jī)。該機(jī)總重6kg、機(jī)身直徑120mm、翼展1.5m、機(jī)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(dá)10km，通過降落傘和緩震氣囊回收。機(jī)上攜帶有一個攝像頭，可在目標(biāo)區(qū)域上空停留1h，該機(jī)可在開闊地、樹林、城市街道甚至室內(nèi)發(fā)射。 國內(nèi)關(guān)于箭射無人機(jī)的折疊和發(fā)射方面的研究也取得了一些系列進(jìn)展，但僅停留在理論研究和驗(yàn)證階段，尚未有投入生產(chǎn)和使用的機(jī)型。
