无人机助推火箭推力线调整装置与方法与流程

1.本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种无人机助推火箭推力线调整装置与方法。


背景技术：

2.火箭助推发射是无人机起飞的一种重要方式，具有机动灵活，不受机场跑道等地域环境限制的特点。助推火箭的推力线与无人机的重心对无人机的起飞发射阶段具有重要的影响，推力线不通过重心导致无人机产生大的作用力矩，在发射阶段产生姿态变化，造成无人机的发射失败。
3.现阶段调整推力线与重心匹配问题往往采用吊挂法，将无人机进行整体吊起，测量推力线与重心的偏差并进行调整。吊挂法对于测量小型无人机具有一定的优势，而对于尺寸较大，重量较大的无人机测量难度较大，并存在一定的危险性。
4.申请号为cn201410820740.x的发明专利《无人机发射助推器安装座调装平台及其使用方法》，在得到无人机重心后通过调整助推器安装座来匹配无人机重心与推力线，无人机放置在装置上时，助推器安装座位于无人机的腹部，安装座调整操作空间小，操作困难。申请号为cn201811482257.x的发明专利《无人机助推火箭的推力线显示调节方法及调节装置》，同样是通过调整推座来匹配无人机重心与推力线，存在相同的操作问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无人机助推火箭推力线调整装置与方法。本发明方案能够解决上述现有技术中存在的问题。
6.本发明的技术解决方案：
7.根据第一方面，提供一种无人机助推火箭推力线调整装置，包括支撑底座、角度调节架、激光水平仪安装组件及助推火箭固定组件，所述支撑底座为整个装置的支撑结构，所述激光水平仪安装组件设置在所述支撑底座的侧面，确定助推火箭的推力线；所述助推火箭固定组件设置在所述支撑底座的后端，固定并调整助推火箭的推力线角度；所述角度调节架设置在所述支撑底座的上端，所述角度调节架的前端通过两个撑杆与所述支撑底座连接，所述角度调节架的后端通过转接头铰接在所述支撑底座上；所述角度调节架上设置有无人机支撑杆，支撑杆上设置有压力传感器，可完成对无人机重量和重心的测量。
8.进一步的，所述的支撑底座为框架式结构，包括上梁和下梁，所述的上梁和所述的下梁之间通过底座支撑杆连接，所述的支撑底座上梁的侧面设置有所述激光水平仪组件安装导轨和固定接头，所述导轨和固定接头分别固定在支撑底座的上梁侧面。
9.优选的，在所述支撑底座的上梁上表面设置有压力传感器的四个显示器，四个显示器分别显示四个支撑点测得的无人机的重量。
10.优选的，所述的撑杆为电撑杆。
11.进一步的，所述的与重心标定激光水平仪安装组件包括重心标定组件和推力线标
定组件，所述重心标定组件包括与重心标定激光水平仪、升降筒、伸缩杆和滑块，所述重心标定激光水平仪固定在升降筒上，所述的升降筒的另一端与伸缩杆垂直铰接，所述的伸缩杆另一端与滑块铰接，所述的滑块安装在导轨上，所述重心标定激光水平仪可沿所述滑块的安装轴进行转动，通过所述滑块可沿导轨在水平方向前后移动，通过所述伸缩杆可沿翼展方向进行水平移动，通过所述升降筒可完成在垂直方向的升降运动；所述推力线标定组件包括伸缩杆二、升降筒二和推力线标定激光水平仪，整个所述推力线标定组件可在水平面内进行转动，所述推力线标定激光水平仪安装在所述升降筒二上，所述升降筒二的另一端与所述伸缩杆二垂直铰接，所述伸缩杆通过所述固定接头铰接在所述支撑底座上，所述推力线标定激光水平仪通过固定接头在垂直面内转动，通过伸缩杆二可沿翼展方向进行水平移动，通过所述升降筒二可完成在垂直方向的升降运动。
12.进一步的，所述伸缩杆二与所述升降筒二的交点处设置水平仪，所述的水平仪用于测量伸缩杆二的旋转角度。
13.优选的，所述重心标定激光水平仪同时射出两条相互垂直的激光，所述推力线标定激光水平仪控制一条激光线射出。
14.进一步的，所述的助推火箭固定组件包括前固定装置、固定转轴、固定杆及紧固丝杠，所述的前固定装置固定在无人机的腹部，用于固定助推火箭的头部；所述的固定转轴连接在支撑底座上，所述的固定杆中间段设置通孔，穿过所述固定转轴，所述固定杆可绕所述固定转轴转动，所述固定杆上端将助推火箭尾部抵住，所述的紧固丝杠穿过所述支撑底座的横梁并抵在所述固定杆的下端，通过转动所述紧固丝杠可调节所述固定杆对助推火箭的支撑力。
15.进一步的，所述的固定杆和前固定装置所成的角度为助推火箭的设计角度。
16.优选的，所述的前固定装置为无人机的前锥头。
17.根据第二方面，提供上述一种无人机助推火箭推力线调整方法，包括以下步骤：
18.将无人机展开后放置在角度调节架上；
19.调整撑杆使无人机至水平状态；
20.计算此状态下无人机的重心在x和y方向的坐标和无人机的重量；
21.调整撑杆的伸缩量为同一长度，使无人机处于一定角度，并计算此状态下无人机的重心在z方向的坐标，从而获得完整的无人机的重心坐标g(x,y,z)；
22.调整撑杆使无人机至水平状态，将助推火箭前端安装在无人机的锥头上，后端通过固定组件的固定杆抵住，调整紧固丝杠对助推火箭的支撑力，使无人机测量的重量不变；
23.根据获得的无人机重心坐标g(x,y,z)，调节重心标定激光水平仪，使之十字交叉点为无人机重心坐标在无人机表面的投影；
24.调整推力线标定激光水平仪，使之发出激光位于助推火箭的对称面上；
25.观察推力线标定激光水平仪发出的激光与重心标定激光水平仪发出激光的位置关系，若推力线标定激光水平仪发出的激光穿过重心标定激光水平仪发出激光的十字交叉点，则推力线调整结束，若推力线标定激光水平仪发出的激光不穿过重心标定激光水平仪发出激光的十字交叉点，则进行下一步；
26.根据推力线标定激光水平仪发出的激光与重心标定激光水平仪发出激光的十字交叉点的相对位置，调整无人机的重心位置，直到推力线标定激光水平仪发出的激光穿过
重心标定激光水平仪发出激光的十字交叉点。
27.进一步的，所述的调整无人机的重心位置的方法为：只调整无人机沿轴向x轴的重心位置，y轴和z轴的重心位置不变。
28.优选的，所述的调整无人机的重心位置的方法为：调整配重的重量和/或配重在无人机轴线上的位置。
29.本发明与现有技术相比的有益效果：
30.(1)本发明通过两个激光水平仪可直观的显示出重心与推力线的位置关系，便于重心与推力线的匹配调整；
31.(2)本发明中通过将助推火箭固定组件安装在整个装置的后部，调节范围大且操作空间大，操作方便；
32.(3)本发明重心与推力线匹配调整过程中只需要调整配重块的重量与位置，不需要对助推器安装座进行拆装和调整，操作过程简单。
33.(4)本发明调整方法和装置适用性强，可满足不同尺寸、重量的无人机重心与推力线的匹配调整。
附图说明
34.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1示出了根据本发明实施例提供的无人机助推火箭推力线调整装置的结构示意图；
36.图2示出了根据本发明实施例提供的支撑底座与激光水平仪安装组件结构示意图；
37.图3示出了根据本发明实施例提供的角度调节架结构示意图；
38.图4示出了根据本发明实施例提供的激光水平仪安装组件结构示意图；
39.图5示出了根据本发明实施例提供的助推火箭固定组件结构示意图；
40.图6示出了根据本发明实施例提供的无人机助推火箭推力线调整方法步骤示意图；
41.图7示出了根据本发明实施例提供的无人机重心与助推火箭推力线偏置状态示意图
42.图8示出了根据本发明实施例提供的无人机重心与助推火箭推力线共线状态示意图。
43.上述附图包含以下附图标记：
44.1、支撑底座；2、角度调节架；3、激光水平仪安装组件；4、助推火箭固定组件；1-1、导轨；1-2、固定接头；1-3、显示器；2-1、电撑杆；2-2转接头；2-3、无人机支撑杆；2-4、压力传感器；2-5、水平尺；2-6、垂直尺；2-7、水平仪；3-1、滑块；3-2、伸缩杆；3-3、升降筒；3-4、升降筒内筒；3-5、升降丝杠；3-6、重心标定激光水平仪；3-7、伸缩杆二；3-8、旋转顶丝；3-9、升降筒二；3-10、水平仪二；3-11、升降筒二内筒；3-12、升降丝杠二；3-13、推力线标定激光水平
仪；4-1、固定转轴；4-2、固定杆；4-3、紧固丝杠。
具体实施方式
45.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
47.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
48.如图1所示，根据本发明实施例提供一种无人机助推火箭推力线调整装置，包括支撑底座1、角度调节架2、激光水平仪安装组件3及助推火箭固定组件4，支撑底座1为整个装置的支撑结构，激光水平仪安装组件3设置在所述支撑底座1的侧面，确定助推火箭的推力线；助推火箭固定组件4设置的后端，固定并调整助推火箭的推力线角度；角度调节架2设置在支撑底座1的上端，如图3所示，角度调节架2的前端通过两个撑杆与支撑底座1连接，角度调节架2的后端通过转接头2-2铰接在支撑底座1上；角度调节架2上设置有无人机支撑杆2-3，支撑杆上设置有压力传感器2-4，可完成对无人机重量和重心的测量。
49.进一步的在一个实施例中，支撑底座1为框架式结构，如图2所示，包括上梁和下梁，上梁和下梁之间通过底座支撑杆连接，保证支撑底座1的刚度；支撑底座1上梁的侧面设置有激光水平仪组件安装导轨1-1和固定接头1-2，在一个实施例中，重心标定激光水平仪3-6安装在导轨1-1上，推力线标定激光水平仪3-13安装在固定接头1-2上，导轨1-1和固定接头1-2分别固定在支撑底座1的上梁侧面。
50.优选的在一个实施例中，在支撑底座1的上梁上表面设置有压力传感器2-4的四个显示器1-3，四个显示器1-3分别显示四个支撑点测得的无人机的重量。
51.在一个实施例中，如图3所示，角度调节架2前端通过两个电撑杆2-1以铰接的方式固定在支撑底座1上，两个电撑杆2-1可分别进行控制，角度调节架2的后端通过转接头2-2连接在支撑底座1上，转接头2-2通过配合两个电撑杆2-1的不同伸缩量可完成整个角度调节架2在水平面上俯仰和滚转的角度调节。角度调节架2，其上端布置有四个无人机支撑杆
2-3，在支撑杆的上端对应设置有压力传感器2-4，通过调整无人机的角度进行测量，可计算出无人机的重量m和重心在空间中的坐标位置g(x,y,z)。在一个实施例中，在角度调节架2的侧面和上端分别设置有水平尺2-5和垂直尺2-6，用于协助调整重心标定激光水平仪3-6的空间位置，在角度调节架2的上表面安装有水平仪2-7，用于确定无人机的水平状态。
52.优选的在一个实施例中，撑杆选为电撑杆2-1，便于调节和撑起重量大的无人机。
53.进一步的在一个实施例中，激光水平仪安装组件3包括重心标定组件和推力线标定组件，重心标定组件包括与重心标定激光水平仪3-6、升降筒3-3、伸缩杆3-2和滑块3-1，如图4所示，重心标定激光水平仪3-6固定在升降筒3-3上端，通过升降筒内筒3-4的上升带动重心标定激光水平仪3-6上升，在一个实施例中，升降筒内筒3-4的上升是通过转动底端的升降丝杠3-5完成在垂直方向的升降运动。升降筒3-3的另一端与伸缩杆3-2垂直铰接，伸缩杆3-2另一端与滑块3-1铰接，滑块3-1安装在导轨1-1上，通过以上设置，重心标定激光水平仪3-6可沿滑块3-1的安装轴进行转动，通过滑块3-1可沿导轨1-1在水平方向前后移动，通过伸缩杆3-2可沿翼展方向进行水平移动，通过升降筒3-3可完成在垂直方向的升降运动，从而可以使重心标定激光水平仪3-6在任意方向移动，保证能正确的标定飞行器的重心位置。
54.如图4所示，推力线标定组件包括伸缩杆二3-7、升降筒二3-9和推力线标定激光水平仪，推力线标定激光水平仪安装在升降筒二3-9上，通过升降筒内筒二的上升带动推力线标定激光水平仪3-13上升，在一个实施例中，升降筒内筒二的上升是通过转动底端的升降丝杠二完成在垂直方向的升降运动。升降筒二3-9的另一端与伸缩杆二3-7垂直铰接，伸缩杆通过固定接头1-2铰接在支撑底座1上，推力线标定激光水平仪3-13通过固定接头1-2在垂直面内转动，旋转至需求角度后可通过旋转顶丝3-8进行锁定，通过伸缩杆二3-7可沿翼展方向进行水平移动，通过升降筒二3-9可完成在垂直方向的升降运动，在一个实施例中，保证能正确的标定助推火箭的推力线位置。
55.进一步的在一个实施例中，伸缩杆二3-7与升降筒二3-9的交点处设置水平仪二3-10，使用水平仪测量伸缩杆二3-7的旋转角度，便于和设计的助推火箭推力线角度进行比较，便于快速调节。
56.优选的在一个实施例中，如图6所示，重心标定激光水平仪3-6可同时射出两条相互垂直的激光，十字交叉的交点即为当前无人机的重心在无人机表面的水平投影，推力线标定激光水平仪3-13可单独控制一条激光线射出，在助推火箭和无人机表面进行投影，激光在助推火箭上的投影位于助推火箭的对称面上，在无人机表面的投影与重心标定激光相交。通过调节无人机重心的位置，如图7所示，使重心标定激光水平仪3-6发出的激光与推力线标定激光水平仪3-13发出的激光通过同一点，此时助推火箭的推力线通过无人机的重心，完成推力线的调整。
57.进一步的在一个实施例中，如图5所示，助推火箭固定组件4包括前固定装置、固定转轴4-1、固定杆4-2及紧固丝杠4-3，前固定装置固定在无人机的腹部，用于固定助推火箭的头部，在一个实施例中，前固定装置为锥体，锥体的角度通过助推火箭的推力线角度确定；固定转轴4-1连接在支撑底座1上，固定杆4-2中间段设置通孔，穿过固定转轴4-1，固定杆4-2可绕固定转轴4-1转动，固定杆4-2上端将助推火箭尾部抵住，固定杆4-2和前固定装置将助推火箭的固定为设计角度。紧固丝杠4-3穿过支撑底座1的横梁并抵在固定杆4-2的
下端，通过转动紧固丝杠4-3可调节固定杆4-2对助推火箭的支撑力，通过转动紧固丝杠4-3，使无人机测量的重量与安装助推火箭之前的测量重量相同，从而达到助推火箭的安装不影响无人机重心的目的。
58.根据第二个实施例，如图6所示，提供上述一种无人机助推火箭推力线调整方法，包括以下步骤：
59.步骤一，将无人机展开后放置在角度调节架上，保证无人机的机翼展开；
60.步骤二，调整电推杆的伸缩量直至角度调节架处于水平状态，即无人机处于水平状态；
61.步骤三，计算此状态下无人机的重心在x和y方向的坐标和无人机的重量，此为本领域公知技术，在此不再赘述；
62.步骤四，调整两个撑杆的伸缩量为同一长度，使无人机处于一定角度，并计算此状态下无人机的重心在z方向的坐标，从而获得完整的无人机的重心坐标g(x,y,z)，此为本领域公知技术，在此不再赘述；
63.步骤五，调整撑杆使无人机至水平状态，将助推火箭前端安装在无人机的锥头上，后端通过固定组件的固定杆4-2抵住，通过调整紧固丝杠来改变固定杆4-2对助推火箭的支撑力，使无人机测量的重量和助推火箭安装前的无人机测量的重量相同，从而达到安装助推火箭但是不改变无人机重心的效果；
64.步骤六，根据获得的无人机重心坐标g(x,y,z)，调节重心标定激光水平仪3-6，使之十字交叉点为无人机重心坐标在无人机表面的投影；
65.步骤七，调整推力线标定激光水平仪，使之发出激光位于助推火箭的对称面上，在一个实施例中，激光在助推火箭和无人机表面进行投影，激光在助推火箭上的投影位于助推火箭的对称面上，在无人机表面的投影与重心标定激光相交；
66.步骤八，观察推力线标定激光水平仪发出的激光与重心标定激光水平仪3-6发出激光的位置关系，若推力线标定激光水平仪发出的激光穿过重心标定激光水平仪3-6发出激光的十字交叉点，如图8所示，则推力线调整结束，若推力线标定激光水平仪发出的激光不穿过重心标定激光水平仪3-6发出激光的十字交叉点，如图7所示，则进行下一步；
67.步骤九，根据推力线标定激光水平仪发出的激光与重心标定激光水平仪3-6发出激光的十字交叉点的相对位置，调整无人机的重心位置，直到推力线标定激光水平仪发出的激光穿过重心标定激光水平仪3-6发出激光的十字交叉点。
68.进一步的在一个实施例中，调整无人机的重心位置的方法为：只调整无人机沿轴向x轴的重心位置，y轴和z轴的重心位置不变。优选的在一个实施例中，调整无人机机头或尾舱配重的重量和/或配重在无人机轴线上的位置，从而调整无人机的重心位置。
69.综上，本发明提供的一种无人机助推火箭推力线调整装置和方法，相比于现有技术至少具有以下优势：
70.(1)本发明通过两个激光水平仪可直观的显示出重心与推力线的位置关系，便于重心与推力线的匹配调整；
71.(2)本发明中通过将助推火箭固定组件安装在整个装置的后部，调节范围大且操作空间大，操作方便；
72.(3)本发明重心与推力线匹配调整过程中只需要调整配重块的重量与位置，不需
要对助推器安装座进行拆装和调整，操作过程简单。
73.(4)本发明调整方法和装置适用性强，可满足不同尺寸、重量的无人机重心与推力线的匹配调整。
74.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
75.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
76.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。