【《某无人机液压发射系统方案设计案例》4700字】

某无人机液压发射系统方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u5114某无人机液压发射系统方案设计案例 1274121.1液压发射系统功能 1173851.2液压发射系统原理及结构 173411.3液压发射系统的动力学要求 3121631.4液压发射系统总体方案 527672机械子系统各部分结构设计 10153472.1发射架结构设计 1092432.2载物小车结构设计 11273522.3系统总体布局 12液压发射技术即以液压作为主要驱动能量对无人机进行加速发射的一种技术,在其设计时就必须根据实际情况来考虑,并且能够充分满足无人机在发射工作的过程中对其运动动力学和安全性的需求。本章将根据系统设计的特点和要求提出明确整个系统的总体结构,提出整个系统的总体结构及其整体设计思路。1.1液压发射系统功能航空运动学中分离技术的应用,可以使无人机在发射架上的速度从零加速至飞机起飞时所需的最低飞行速度并有效保证被使用的无人机载物小车同时快速、可靠地进行运动分离。在使用无人机高速起飞时它还能够有效得使高速运动的无负载载物小车安全可靠地进行减速。为了保证安全,为了安全需求必须能够确保整个弹射系统安全、平稳地进行工作。其如何发射时的速度和如何加快发射时间都常常需要被严格且明确地限制在安全的范围内。弹射系统的设备必须是能够承受在无人机弹射加速过程中所被施加的大载荷,整个无人机液压弹射系统的设备必须作为是能够正常的可靠地在5级左右，10级大风以下的天气条件下进行工作的一种设备。在其操纵性质上面,无人机操纵的人员相对较少,这就需要该系统的控制非常快速的实现且易于掌握。可以将整个弹射系统放置于机动车上，使其十分灵活。该系统的主要设计参数表格见下文。(1)无人机的起飞速度：35m/s；(2)最大弹射重量：500kg；(3)发射角度10°；(4)发射架长度≤20m；(5)加速距离≤15m-20m；(6)抗风性能：5级。1.2液压发射系统原理及结构气动式液压马达发射的具体设计工作电路原理及系统结构如流形图2-1所示,其中a和b点分别同时位于两个液压马达上方。首先向大型蓄能器中充入一定量的高压气体,然后再通过一个液压泵给蓄能器中的气体充入一定量的液压油,从而通过液压油将空气压缩成大量的高压气体来储存能量。加速瞬间，蓄能器的气体燃料开始高速膨胀，蓄能器内的大量高压气体直接进入液压马达，使整个液压马达保持高速旋转运动，然后将牵引带高速拉出。装有牵引带的车辆沿导轨高速滑动。例如当一辆车载的无人机从轨道b线起点运行时,牵引带车载中力的马达移动量和方向可能随之有所较大的变化,载物小车会感觉到一股强烈的推动力来自于一台高速液压马达推动牵引减速带的拉力,同时这辆车载的无人机和这辆载物小车也自动地分离。载物小车是在一台液压马达牵引减速带给予的推力后，才开始移速降低。最终它们都停止了。在只使用一个发射机的基础上。也能有效地使能源的供给系统迅速的进行了卸荷,保证了整个系统中所有能量的正常使用。1.无人机液压弹射发射架1.无人机弹射装置载物小车2.无人机4.液压发射牵引带5.蓄能器6.无人机前定滑轮7.液压马达8.无人机后定滑轮图2-1液压发射系统工作结构原理图在我们进行各种无人机液压弹射的任何过程中,我们可以直接通过利用蓄能器系统来直接实现各种能源的有效储蓄,在进行设计时一定也需要合理地正确选择它们的主要工作原理参数,保障它们在进行无人机利用高压压力进行发射的任何时候能够提供所有必需的大量能源。1.3液压发射系统的动力学要求将无人机作为一个质点,其发射架构的俯倾角可以设定为θ,无人机在进行弹射和加速时的主要受力结构如图2-2所示。无人机在高速运动时进行的运动方程式表达式如下:QUOTEmd2xdt2=式中FtT−−无人机发动机推力FFm−−液压弹射系统x−−载物车的位移距离其中 QUOTE 式(2-2) QUOTE 式(2-3)式中S−−机翼面积mCDr−−空气密度（kg/mv−−无人机沿轨道方向的速度（m/s）；m−−载物车车轮与轨道间的滚动与摩擦系数，取0.01。图2-2无人机加速过程受力分析将式(2-2)及其与式(2-3)分别带入至式(2-1)中可以得到的结果为:QUOTE 式(2-4)让无人机在发射架的有限长度之内，速度从0达到15m/s,这就要求需要加速持续时间0.85s,加速度为4g。液压弹射系统总质量为500KG,以利用巡逻兵作战无人机作为燃气发射器的载体,飞机的燃气发动机平均推力800n,机翼内部占地面积2.5m2,空气密度1.22kg/m3,参考芬兰的巡逻兵作战无人机高速发射加快运行速度过程阶段中的最高发射运行加快速度35m/s4来作为依据计算其空气阻力的发射运行加快速度,将以上的计算参数直接用于带入式(2-4)中,得到的约束力为20708n。在减速过程中载物小车的运动方程为：QUOTE 式(2-5)式中m1x1假设一辆载物汽车正在进行最大减速运动过程中是一辆载物汽车正在对其进行匀减速运动的过程,在3m的最大减速运动距离下即可将一辆载物汽车从35m/s的最大减速运动距离下降至0所需要的运动加速时间大约为0.17s,加速度大约为20.4g。在这种减速行驶的过程中载物和汽车所需的拦截力70kg,通过式(2-5)我们就已经完全可以计算得到,在这种方式下减速行驶的过程中我们所需的拦截力大约是14294n。液压弹射系统的能源分别是无人机在达到起飞航行速度时的动能和势能。 E=12m系统需要提供的功率 P=Et 系统在工作时一般都需要把发射器中总质量为500kg的最大发射负载直接进行加速至35m/s的最大运行频率,加速工作全部完成后能够实现可以达到1.6m的最大运行频率和高度,由式(2-6)和式(2-7)分别计算可以得到一个发射器系统所需的最大功率为364kw。1.4液压发射系统总体方案由前面的计算,确定了液压弹射系统中液压马达的功率参数。其整体系统结构如图2-3所示,由蓄能器驱动的这种液压马达用牵引带的一端固定钢绳缠绕杆连接在一台固定式液压马达上,另外一端则通过安装在载物发射台上的固定式传动滑轮将其紧紧地绑定并连接到一台载物小车中间的牵引杆上,形成了一个完整的牵引传动控制回路。系统中的动力源在载物小车和发射机在汽车的发射架中部,发射架后端与中间液压驱动马达之间的距离是车辆与中间液压驱动马达之间的减速距离。发射器前端和中间液压驱动马达之间的中间距离是车辆和中间液压驱动马达之间的加速距离。1.无人机发射系统牵引车1.蓄能器2.固定液压泵站4.前定滑轮5.固定液压马达6.后定滑轮7.发射架8.固定牵引带9.无人机10.载物小车11.锁紧制动装置图2-3液压发射系统方案图该方案下液压发射装置的工作过程如下（1）弹射准备阶段在弹射准备阶段无人机将会被放置在载物小车上，将载物小车移动到发射架的初始发射位置，载物小车上有锁紧装置防止无人机脱轨。图2-4弹射准备阶段的状态图2-5弹射准备阶段的状态液压泵由柴油发电机进行驱动,向蓄能器进行充油和储能,当压力超过要求,液压泵就会停止运行。液压马达缓慢地转动,排出了液压传动回路内部中的空气,拉紧了驱动绳,对于载物小车施以预紧力。启动一个无人机引擎,准备发射。图2-4显示了汽车在开始准备行驶阶段的情况。车辆位于发射器后部,后固定钩用锁定装置进行锁定,以限制其向前和移动。（2）加速阶段操作员按下开关,液压马达以齿轮高速旋转的运动方式带动了牵引带让载物小车和无人机一起在发射轨道上高速进行弹射加速。在无人机进行一个向上加速低空运动的这个过程中。因为无人机飞行速度的不断增加而高速移动导致了脱离了发射系统。无人机进行弹射系统这个过程中的的刹车定位载物槽刹车状态运动结构如图2-6所示,载物小车的刹车就是一个相对减速运动的过程。当无人机完全离开这个载物小车后运动方向就有所改变,定位槽中的一个销是载物小车相对于这个限位槽的上方而言已经进行了一定的移动,但是当无人机完全地脱离这个载物小车的这个定位槽上面仍然还是在挡块上。和刹车锁紧臂的一定压力作用下必须要做到的是不能移动而且脱出发射系统轨道。此外，在滚动轮和滚动轴的配合下，车辆能够沿装置轴线平稳移动。图2-6无人机加速阶段中的运动状态图2-7释放阶段载物小车的状态图2-8释放阶段载物小车的运动位置图2-9减速阶段载物小车的状态（3）无人机释放阶段当载物小车到达预定位置时，无人机和载物小车完全分离。如图2-8，飞行器锁定臂在飞行阶段的正常工作状态。车辆上外臂会与发射架上的机构进行猛烈冲击，从而促使锁紧臂末端能够有效克服振动弹簧的巨大弹簧力并围绕着一个转轴高速旋转,锁紧臂自然地就被打开。此时整个载物小车的位置如上图2-8所示,此时由于整个液压马达在卡车中部的牵引带给其产生运动中力的加速运动方向与其在整个加速运动起飞阶段完全相反,牵引运动力运载到整个卡车中部，提供了一定的运动惯性和阻力,这个惯性在阻力场的影响下就会导致整个载物小车迅速开始快速减速,无人机在这个惯性加速的影响下自然而然地进行了加速和脱离整个弹射汽车。（4）载物小车减速阶段无人机飞行起飞后，载物小车仍以最高飞行速度在发射架上飞行和移动。车辆状态如上图2-9所示。从这张图中我们清楚地知道，牵引带的旋转方向与无人机加速时的液压马达旋转方向正好相反，此时，由于它是一辆具有一定剩余加速力和剩余转速的车辆和涡轮，它的液压马达被拉过发射器。此阶段液压马达是一个给蓄能器供油的元件。同时，液压弹射系统还可以为液压马达和弹射机车移动负载提供一定的阻力。在这种阻力的影响下，载物小车会停在发射架上。由于蓄能器存储在液压回路中，蓄能器中的气体压力将保持在一定的压力水平。2机械子系统各部分结构设计2.1发射架结构设计液压发射架需要根据其刚度强度与质量的要求,并能够确定在10级大风以下的环境中不会发生故障。对于这些需求,考虑采用钢管焊接的方法制成桁架结构。发射架的内部主体结构横面和截面是一个三角形,它的外形如图3-1所示，需要能够充分保证其整体结构的机械刚度与运动强度,并且同时还要充分考虑到其使用的经济性。连接钢管在总体设计中及其布置结构方案如下图图3-2所示。图3-1发射架主体截面图图3-2发射架钢管布置图为了减轻发射架的重量，方便整体系统的安装，发射架分为三个部分，每个部分之间有连接器。连接时，将接头插入发射架后段钢管内定位。发射架的前后部分与紧固装置紧密结合，如图3-3所示。螺纹装置包括两个螺纹接头和一个中间连接管。图3-3发射架连接头结构图2.2载物小车结构设计载物小车最关键的部分是其与无人机之间的连接方式。将装载车辆分为上下两层。作为与无人机接口的一部分，载物小车的上部应能在高速加速时稳定限制无人机，并在加速到起飞速度后迅速与无人机分离。图3-4载物小车结构图对于此次载物小车结构模型,在四个无人机的四点固定限位槽和四个支撑结构方面,分别选择了四点固定限位槽和四个支撑块,如图3-4所示,图中的载物小车两层一共分别配备了四个固定限位槽,限位槽前方四个挡块分别同时配备了四个固定锁紧块,限位槽配备了固定弹簧的作用力下,锁紧块快速地自动靠近到载物小车和一台无人飞机上的固定活塞销上,限位槽和四个锁紧块一起保证了无人机的安全性和稳定性。2.3系统总体布局该传动系统元件总体结构布置设计框图总体设计方案如下:如框图3-5所示,弹射器传动装置主要由发射架,载物输送车,锁紧传动机构,液压马达泵站,液压马达联合器等连接组成元件和动力拖拉机。图3-5无人机液压弹射系统布局图发射机在前段部分安装大型液