基本信息
- 项目名称：
- 基于火箭发射的折叠式无人机
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品的名称叫做基于火箭发射的折叠式无人机，它最大的特点在于可以“变形”——在存储，运输和发射状态下，它可以将机翼和尾翼完全折叠起来变成圆柱状，从而能够被装进火箭弹中。当被发射到空中时，它可以自动展开机翼和尾翼像普通飞机那样自由的翱翔。 飞机折叠后被装入火箭弹中进行发射，到达目标区域上空后飞机与火箭弹分离，并通过减速伞减速到巡飞速度，然后机翼和尾翼自动展开开始巡飞并执行任务。由于飞机可以以火箭弹的飞行速度到达目标上空，因此在其执行侦察任务时，从发射到获取目标情报所需的时间较普通小型无人机大大减少，这对于需要及时掌握信息并做出快速反应的现代战争意义重大。同时它还能用于生活中处理紧急突发事件，如地震灾情评估，森林火灾情况勘察等。飞机在搭载不同设备后还能实现GPS导航，自主飞行，通信中继，电子干扰等一系列拓展功能。
- 详细介绍：
- 现代战场瞬息万变，谁能更早的掌握敌方的情报，做出针对性的部署和行动，将会在很大程度上决定战争的走向。无人机作为情报收集，信息侦察的手段在现代战争中发挥着越来越重要的作用。但是现役的无人机仍然存在一些不足，如小型无人机虽然使用灵活，便于携带，但飞行速度慢，进入战区时间长，航程短；而大中型无人机虽然航程远，飞行速度快，然而不便于灵活部署，难于单兵或小组携带。如果存在一种无人机，既具备使用灵活，便于携带的优点，又有快速到达战区上方的能力，以最快的速度获取情报，那么该种无人机，将在节奏日益加快的现代战争中，起到重要的作用。 为此，提出将小型无人机与火箭相结合，将无人机折叠后置于火箭中进行发射，到达目标区域后，飞机与火箭分离，展开机翼后开始巡飞执行任务。这样依靠火箭飞行的高速度使得其具有快速到达战区上方的能力同时还具备灵活部署，便于携带的特点。为解决上述问题提出了一种新的思路。 该型无人机主要具有以下四个特点： 一、可折叠，易于携带：机翼采用“钻石背”式气动布局，可以整体折叠，由弹簧驱动展开，简单可靠。在折叠状态下，整机可收放于截面直径为210mm的圆筒内，便于携带和发射。 二、火箭发射，快速部署：常规动力无人机（如电动）飞行到3km以外的目的地，需要150s，而本作品通过火箭发射到目的地上空，再展开进行工作，需要不到30s，缩短了部署时间，反应能力强，为最快获取战场信息提供了保障。 三、“零”准备时间：整机折叠存放，接通电源开关,即可使用，无需现场组装，随时处在战备状态。 四、使用灵活，用途广泛：飞行速度小，高度低，便于人员操作，亦可用于勘探，搜救以及测量等任务。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 现有的大型无人侦察机使用与维护较为复杂，只适合等级较高的作战单位使用，灵活性不高。小型无人机虽然可以单兵携带，灵活发射，但航程与飞行速度有所不及，不能对战场做出快速反应。 为了解决以上问题，本作品将小型无人机与火箭相结合，为小型无人机的发射、部署方式提供一种新的思路。即无人机折叠后装入火箭内，依靠火箭发射到目标空域，然后与火箭分离开始工作。由于火箭的飞行速度远高于无人机，故可以大幅度减少无人机到达目标上空所需的时间，实现了小型无人机的快速部署，为及时获取情报提供了有力的支持。 创新点：机翼采用整体折叠的方式，折叠后外形简单，体积小。通过火箭发射，可以实现快速部署。如用于手抛发射，则无需组装，实现“零”准备时间。 本作品的技术关键是实现飞机机翼的可折叠功能，以使其能够利用火箭进行发射，并且到达目标上空时机翼可以自动展开。该机采用“钻石背”式气动布局，通过综合考虑机翼折叠与气动外形之间，以及结构强度与飞机重量之间的矛盾，设计并制作出了试验机与展开机构，并结合实验成功解决了翼身连接，展开机构驱动方式和机翼的展开控制等一系列关键技术，基本实现了以上功能。 经过理论计算和实验验证，本作品可以使无人机到达5km外区域上空的时间减少80％以上，并且机翼可以在0.56s内由折叠状态转换为展开状态，较好的实现了设计目的。 主要技术指标: 起飞重量：2.5kg 任务载荷：1kg 续航时间：10min 折叠状态截圆直径：200mm
科学性、先进性
- 本作品科学性、先进性主要表现在以下几点： 第一，机翼和尾翼可以折叠。通过对比不同的机翼折叠方式，采用了“钻石背”式气动布局，利用曲柄滑块机构实现机翼的折叠。同时尾翼与机翼实现联动展开。折叠后，飞机体积小、外形简单。相对于其他折叠式无人机，本作品具有结构简单、可靠性高、成本低、效费比高等优点。 第二，无人机由火箭发射到目标区域上空。由于火箭的飞行速度远高于无人机，因此通过这种方式可以将无人机以比常规方式更快的速度部署到目标区域，提高快速反应能力。经过计算，目前国内外同等规模的无人机到达5km外工作空域所需时间约为250s，而本作品只需约40s，时间减少了80%以上。 第三，折叠式无人机除可采用火箭发射外，还能够采用其它发射方式。当采用单兵手抛发射时，其从折叠状态转换至展开状态时间仅0.56s，可以实现“零”准备时间，极具灵活性。 第四，无人机飞行稳定，能携带多种任务载荷，用途广泛，如携带照相设备可执行战场侦察、灾情评估等任务。
获奖情况及鉴定结果
- 曾在第五届“挑战杯”首都大学生课外科技作品竞赛中获得特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 对基于火箭发射的折叠式无人机进行操纵须接受短时间的简单训练。无人机的控制可以通过地面操作人员进行手动控制，或在地面站的指令控制下采用自动驾驶仪自动操纵飞机完成任务并返航。 本作品低成本、飞行准备时间短、进入任务区域时间短、实用性强等特点使其有着广泛的应用前景。可利用其有效载荷，搭载不同的机载设备模块，实现不同的功能，如用于战场实时侦察、目标定位、电子干扰、通信中继、火炮校射、森林防火、边境监控、灾情评估、突发事件处置等领域。 此外，基于火箭发射的折叠式无人机在投入正式生产后，能够使用新材料、新技术对飞机进行改进，从而使其性能大大提升，同时由于标准化生产，产品的成本还能够大大降低，更加凸现了该款无人机的优势。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外关于无人机折叠后借助外力发射升空，到达目标上空时再开始工作的研究和报道主要集中在巡飞弹和箭射无人机两方面，其中以巡飞弹的研究更为广泛。美国、英国、以色列、俄罗斯等国都取得了一系列进展。 一、巡飞弹是一种利用现有平台投放，能在目标区进行巡逻飞行，可执行监视、侦察、战斗毁伤评估、无线中继及目标攻击等单一或多项任务的弹药。它由战斗部、制导装置、推进系统、控制装置（含弹翼）、稳定装置（含尾翼或降落伞）等组成。 以下是其中比较典型的几个产品： 美国陆军155mm“快看”侦察巡飞弹。该弹长约1m，重量36kg～41kg。由榴弹炮发射后(初速为289m/s)，飞行2000m后到达弹道最高点(约1000m)，然后打开弹翼和推进器，发动机开始工作。飞行中，巡飞弹利用GPS导航，并在空中巡逻飞行30min。它能在距离发射点50km远的地方，利用其传感器扫描39km2的区域。 俄罗斯的R-90微型飞行器。它由“旋风”300mm火箭系统投放，采用GPS导航和预编程飞行。该飞行器翼展2.56m、长1.42m、高0.40m、最大飞行高度3000m、续航时间30min、巡航速度108～144km/h、最大发射重量5kg、容器投放时速度1800km/h。 以色列的“陨石”单兵巡飞弹是一种筒式发射的便携式侦察型巡飞弹，弹翼在发射后快速展开为飞行状态，可利用稳定式摄像头大范围定点监视目标。该弹作战范围广，滞空时间长，能够提供目标的实时图像并直接支援作战部队。 二、箭射无人机的研究相对较少，但也引起了各国的重视，其与巡飞弹存在的主要区别是飞机并不携带战斗部，不具有杀伤功能，可以回收并多次重复使用。 以下是国内外关于此类无人机的进展情况： 以色列的skylite无人机是一种单兵携带、筒式发射的侦察无人机。该机总重6kg、机身直径120mm、翼展1.5m、机身长度1.1m、飞行速度22～35m/s，飞行高度100～300m、最大作战半径可达10km，通过降落伞和缓震气囊回收。机上携带有一个摄像头，可在目标区域上空停留1h，该机可在开阔地、树林、城市街道甚至室内发射。 国内关于箭射无人机的折叠和发射方面的研究也取得了一些系列进展，但仅停留在理论研究和验证阶段，尚未有投入生产和使用的机型。
