一種用于無人機(jī)地面起降引導(dǎo)系統(tǒng)上的天線架的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用在差分GPS/BDS無人機(jī)地面起降引導(dǎo)系統(tǒng)上的天線架，該天線架能夠折疊收納，且具備良好的防風(fēng)性能。

背景技術(shù)：

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在飛機(jī)飛行的起飛和降落階段，飛行事故發(fā)生概率最大。國際民航組織為保障飛機(jī)在起降階段能夠獲得高精度的定位信息，統(tǒng)一規(guī)范了民用有人飛機(jī)的精密進(jìn)場/著陸定位精度，其中精度要求最高的三類著陸要求橫向精度不小于4m、垂直精度不小于0.5m。關(guān)于無人機(jī)自主著陸精度目前還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但基本要求是要優(yōu)于III類著陸標(biāo)準(zhǔn)，而當(dāng)前常規(guī)中大型無人機(jī)組合導(dǎo)航精度為20m左右，無法滿足自主著陸精度要求，因此可在機(jī)場跑道附近設(shè)置差分GPS/BDS地面站，利用GPS和BDS差分增強(qiáng)技術(shù)、自主完好性監(jiān)測技術(shù)，由地面起降引導(dǎo)系統(tǒng)提供差分增強(qiáng)信息，機(jī)載系統(tǒng)完成差分增強(qiáng)處理，實(shí)現(xiàn)定位精度提升和自主完好性風(fēng)險(xiǎn)降低，為無人機(jī)提供滿足要求的起降定位精度，降低無人機(jī)在起降階段的安全風(fēng)險(xiǎn)，工作原理如圖1所示。

依據(jù)國際民航組織提出的地基增強(qiáng)系統(tǒng)(GBAS)概念，有人機(jī)的差分地面起降引導(dǎo)系統(tǒng)成本高昂，設(shè)備復(fù)雜，難以機(jī)動(dòng)部署，不適應(yīng)無人機(jī)靈活機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)和低成本的需求。因此，需要對(duì)無人機(jī)地面起降引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行小型化便攜式設(shè)計(jì)，小型化便攜式的無人機(jī)地面起降引導(dǎo)系統(tǒng)需要由設(shè)備箱、天線架、差分衛(wèi)導(dǎo)接收機(jī)、地面起降引導(dǎo)電臺(tái)、衛(wèi)導(dǎo)天線、電臺(tái)天線構(gòu)成，如何將天線架、衛(wèi)導(dǎo)天線、電臺(tái)天線在機(jī)動(dòng)式使用時(shí)收納進(jìn)設(shè)備箱，在非機(jī)動(dòng)式使用時(shí)能夠取出并正常工作是目前需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于提供一種用于無人機(jī)地面起降引導(dǎo)系統(tǒng)上的天線架是，該天線架能夠折疊收納，且具備良好的防風(fēng)性能。

本實(shí)用新型的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于無人機(jī)地面起降引導(dǎo)系統(tǒng)上的天線架，包含天線支架1和天線安裝板3，所述天線安裝板3的中間帶有第二孔31，天線安裝板3的二側(cè)還帶有電臺(tái)天線接口32和衛(wèi)導(dǎo)天線接口33；所述天線支架1由若干個(gè)套接的桿件12，以及與最外側(cè)的桿件12連接的三角架13組成，最內(nèi)側(cè)的桿件12頂部有一與第二孔31相配合的凸起部11。

優(yōu)選地，所述凸起部11上帶有供快鎖銷釘插入的第一孔14。

優(yōu)選地，所述電臺(tái)天線接口32為四個(gè)均布螺釘孔，衛(wèi)導(dǎo)天線接口33為錐螺紋接口，第二孔31為扁口。

優(yōu)選地，所述桿件12的套接部設(shè)有供快鎖銷釘插入的第三孔15。

優(yōu)選地，所述桿件12采用鋁合金材料。

優(yōu)選地，所述一種用于無人機(jī)地面起降引導(dǎo)系統(tǒng)上的天線架還包含底座2，所述底座2包含一底座盤21和若干個(gè)側(cè)片22，底座盤21和側(cè)片22的一端均設(shè)有供連桿插入的銷釘孔23；側(cè)片22的另一端設(shè)有球座24，所述三角架13的底端設(shè)有球頭。

優(yōu)選地，所述側(cè)片22外側(cè)設(shè)有墊腳，側(cè)片22內(nèi)側(cè)設(shè)有一個(gè)用于容納墊腳的空腔25。

優(yōu)選地，所述墊腳由依次連接的球形鉸鏈26、螺桿27和墊片28組成。

優(yōu)選地，所述墊片28為帶溝槽的橡膠墊。

本實(shí)用新型的有益效果為：

天線安裝板3為可快速裝卸結(jié)構(gòu)、天線支架1為可伸縮結(jié)構(gòu)，底座2為可折疊結(jié)構(gòu)。天線架在可折疊設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)的螺桿27、球形鉸鏈26、墊片28等提升其穩(wěn)固性和抗風(fēng)性能。

附圖說明

圖1為天線架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為天線安裝板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為天線支架與底座組合的展開狀態(tài)示意圖；

圖3b為天線支架與底座組合的折疊狀態(tài)示意圖；

圖4a為底座的展開狀態(tài)示意圖；

圖4b為底座的折疊狀態(tài)示意圖；

圖5為墊腳的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為天線架的俯視圖；

圖7為天線架的側(cè)視圖；

圖8為底座的安裝示意圖；

圖9為天線安裝板的安裝示意圖。

標(biāo)號(hào)說明：

1---天線支架，11——凸起部，12——桿件，13——三角架，14——第一孔，15——第三孔；

2——底座，21——底座盤，22——側(cè)片，23——銷釘孔，24——球座；25——空腔，26——球形鉸鏈，27——螺桿，28——墊片；

3——天線安裝板，31——第二孔，32——電臺(tái)天線接口，33——衛(wèi)導(dǎo)天線接口；

4——電臺(tái)天線；

5——衛(wèi)導(dǎo)天線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

天線架結(jié)構(gòu)可分為天線支架1、底座2以及天線安裝板3三個(gè)部分，如圖1、圖7、圖8所示。

其中天線安裝板3為可快速裝卸結(jié)構(gòu)，如圖2所示，帶有第二孔31，電臺(tái)天線接口32和衛(wèi)導(dǎo)天線接口33。在本實(shí)施例中，電臺(tái)天線接口32為四個(gè)均布螺釘孔，電臺(tái)天線可以采用四個(gè)均布螺釘安裝在天線安裝板3；衛(wèi)導(dǎo)天線接口33為錐螺紋接口，衛(wèi)導(dǎo)天線可以通過錐螺紋接口安裝在天線安裝板3。天線安裝板3和電臺(tái)天線、衛(wèi)導(dǎo)天線固定在一起后，除非更換新的天線，正常使用過程中即不再拆開

天線支架1為可伸縮結(jié)構(gòu)，由若干個(gè)套接的桿件12，以及與最外側(cè)的桿件12連接的三角架13組成?？紤]到方便收納的要求，天線安裝板3和天線支架1頂端，必須可靠的進(jìn)行連接，并且可以方便的拆卸，因此最內(nèi)側(cè)的桿件12頂部有一與第二孔31相配合的凸起部11，凸起部11上帶有供快鎖銷釘插入的第一孔14。天線安裝板3的第二孔31插入凸起部11后，用快鎖銷釘插入的第一孔14，保證天線安裝板3在支架頂端不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在本實(shí)施例中，桿件12共分為四級(jí)，展開高度為2米，折疊高度為700毫米，展開后，每一級(jí)之間桿件的套接部的第三孔15對(duì)齊后采用快鎖銷釘進(jìn)行定位，確保工作狀態(tài)時(shí)，各級(jí)桿件12不會(huì)退回?？紤]到天線支架1展開后的穩(wěn)定性，天線安裝架末端設(shè)有可展開的三角架13，三角架13展開后，天線支架1能夠穩(wěn)定的直立。為限制重量的同時(shí)滿足應(yīng)用要求，天線支架1采用高強(qiáng)度鋁合金材料，整體重量約為4千克，如 圖3a、圖3b所示。

為了滿足天線防風(fēng)的要求，在天線底部增加了底座2。底座2重量為9千克，可以滿足天線安裝架的穩(wěn)定性要求。底座2為可展開和折疊的結(jié)構(gòu)，包含一底座盤21和若干個(gè)側(cè)片22，在本實(shí)施例中，選用六個(gè)側(cè)片22，底座盤21和側(cè)片22的一端均設(shè)有銷釘孔23，通過連桿連接；側(cè)片22的另一端設(shè)有球座24，所述三角架13的底端設(shè)有球頭。底座2展開后，可以為天線支架1提供三角架安裝接口；底座2折疊后，則包裹在天線支架1外面，與之一起收納在設(shè)備箱體中。底座2展開后，其外接圓直徑為：860mm，可保證支架承受風(fēng)力后不傾覆；折疊后，外接圓直徑為：265mm，可以輕松的放進(jìn)設(shè)備箱體中，如圖4a、圖4b所示。為了讓底座2和地面有良好的接觸條件，增加底座2與地面的接觸摩擦力，在底座2下方，專門設(shè)計(jì)了墊腳，墊腳設(shè)置在側(cè)片22外側(cè)，側(cè)片22內(nèi)側(cè)設(shè)有一個(gè)用于容納墊腳的空腔25，該空腔25與球座24為同一個(gè),也可以分別設(shè)置。在收納狀態(tài)時(shí)，墊腳收藏于側(cè)片22的空腔25內(nèi)，不會(huì)突出底座2的表面；底座2展開時(shí)，可將墊腳從空腔25中拉出。墊腳由依次連接的球形鉸鏈26、螺桿27和墊片28組成。通過球形鉸鏈26可以提高底座2對(duì)地形的適應(yīng)能力，通過螺桿27可以調(diào)節(jié)高度，使底座2的六個(gè)墊腳都可以和地面良好的接觸。同時(shí)，為增加底座2和地面之間的摩擦力，墊腳底部的墊片28采用帶溝槽的橡膠墊，和水泥地面的摩擦系數(shù)可達(dá)0.5，保證天線支架1承受風(fēng)載后，不發(fā)生移動(dòng)，如圖5所示。

天線架展開過程可以分成以下幾個(gè)步驟：

在設(shè)備箱中分別取出天線和天線架。天線和天線架都裝在設(shè)備箱體中。

1)將包在天線架外面的底座2展開

底座2各個(gè)側(cè)板用連桿和銷釘連接在一起，形成完整的六邊形。因此展開 底座第一步是取下各個(gè)連桿。將連桿拔出后，圍成六邊形的各個(gè)側(cè)板即可放倒，形成六角星形底座。

底座側(cè)板放倒后，再將上一個(gè)步驟中取下的連桿，分別將底座側(cè)板連成一個(gè)整體，使整個(gè)底座2能夠承受各個(gè)方向的載荷。如圖8所示。

2)將天線安裝到天線支架1頂端

將天線安裝板3上的第二孔31與天線支架1頂端的凸起部11對(duì)齊，將天線安裝板插到底，然后將快鎖銷釘在第一孔14旋轉(zhuǎn)90度，即可將天線鎖定在天線支架1頂端。如圖9所示。

3)打開支架底部的三腳架，并將其頂緊在底座2上，如圖8所示。

三角架采用可折疊機(jī)構(gòu)，可調(diào)節(jié)長度。分別將天線三腳架拉開，調(diào)整合適的長度，三角架端部的球頭頂在底座2上的球座24內(nèi)即可。

4)拉出支架天線各級(jí)桿件12，并用快鎖銷鎖定位置

各級(jí)桿件12套接在一起，桿件12的底端開有第三孔。將桿件12拉出后，用快鎖銷釘插入第三孔，將兩根桿件12之間固定，即可。

5)調(diào)節(jié)各個(gè)可調(diào)墊腳，使底座2與地面接觸良好

撤收過程和上述展開過程相反。

天線架的性能說明如下：

一.抗風(fēng)性能

為保持天線架的穩(wěn)定性，天線架的重心越低，穩(wěn)定性越好，越不容易傾覆，在設(shè)計(jì)過程中一方面增加可展開底座2，將整個(gè)天線架的重心拉低；另一方面減輕天線頂端的天線連接板重量，使天線頂端質(zhì)量變輕。天線安裝架頂端安裝天線并展開后，整個(gè)結(jié)構(gòu)的重心位置離地面高度僅為35厘米。

天線安裝架包括天線，總質(zhì)量約為13.65千克，產(chǎn)生的總重力G＝134N。

天線架展開后，底部底座形成一個(gè)等六邊形，六邊形外接圓半徑約為430mm，底座2支撐點(diǎn)均布在圓上。取受力后最容易傾覆的方位，即天線架受力垂直于六邊形的一條邊的情況。

在此方向下，底座支撐點(diǎn)的力臂長度(也就是六邊形某條邊到中心點(diǎn)的距離)約為：377.5mm。由此，能夠計(jì)算出支架的傾覆力矩：

M_傾＝G×L≈134×0.377≈50.5N·m

式中：G：天線架重力；L：支撐點(diǎn)到重心的力臂長度。

也就是說，在本實(shí)施中，天線架至少可以抵抗50.5牛米的力矩而不發(fā)生傾覆。

天線架的抗風(fēng)性能指標(biāo)為需要在23m/s風(fēng)速(約9級(jí)風(fēng))條件下，能夠正常工作，即不得出現(xiàn)傾覆和沿地面的移動(dòng)。為此，分地面靜摩擦力驗(yàn)算和傾覆力矩驗(yàn)算兩個(gè)部分分別進(jìn)行闡述。

地面靜摩擦力驗(yàn)算

就是要計(jì)算天線架在給定風(fēng)速條件下承受的風(fēng)力是否大于地面能夠提供的最大靜摩擦力。如果地面能夠提供的最大靜摩擦力大于天線架承受的風(fēng)力，則天線架不會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)，驗(yàn)算即通過。

風(fēng)作用在結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面上的力為風(fēng)壓W0與迎風(fēng)面積A的乘積。其中，風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系式如下：

$W_0=\frac{1}{2}{{\mathrm{\ρV}}_0}^2$

式中：ρ：空氣密度1.293kg/m3；V0：風(fēng)速23m/s

代入公式可得風(fēng)壓W0≈342Pa。

天線、天線支架1、底座2三個(gè)部分的迎風(fēng)面積總和A約為：0.13m2。

由此可以算出，整個(gè)天線架，包括天線，承受的風(fēng)力：

F＝W₀×A＝342×0.13≈44.46(N)

而地面能夠提供的最大靜摩擦力：

f＝μ×G

式中：μ：地面靜摩擦系數(shù)，水泥地面約0.4；G：支架重力，約150N；

對(duì)底座2而言，由于底座2相對(duì)地面存在一定的間隙，所以底座頂面的空氣流速比底座底面附近的空氣流速快。因此，風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用力是向上的，風(fēng)力有將底座抬起的趨勢。對(duì)底座區(qū)域的流場進(jìn)行分析，得出結(jié)果如下：

23m/s的風(fēng)吹過底座時(shí)，底座單瓣承受的向上的力(Y向力)為：2.35N，因此，整個(gè)底座上承受的向上的風(fēng)力約為：2.35×6＝14.1N。

故，底座對(duì)地面形成的總壓力為：134-14.1＝128.9N。

由此可知，地面能夠提供的靜摩擦力約等于：128.9×0.5＝59.9N。

地面可提供的最大靜摩擦力比風(fēng)力大，因此能夠得出結(jié)論，本實(shí)施例在風(fēng)速23m/s條件下，底座相對(duì)地面可以保持靜止，并且還有一定的安全裕度。

傾覆力矩驗(yàn)算

上一節(jié)支架結(jié)構(gòu)重心位置分析中，已經(jīng)計(jì)算出天線支架的臨界傾覆力矩為50.5N.m。傾覆力矩驗(yàn)算，即需要計(jì)算風(fēng)力造成的力矩，并和臨界傾覆力矩進(jìn)行比較。如果比臨界傾覆力矩小，則結(jié)構(gòu)承受風(fēng)力后是穩(wěn)定的，不會(huì)發(fā)生傾覆。

由于風(fēng)力是個(gè)分布載荷，并且，由于天線支架各部分迎風(fēng)面面積并不相同。因此，不能簡單的將風(fēng)力等效到一個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行驗(yàn)算。按照天線支架各部分分別進(jìn)行等效，按照天線組件、四級(jí)桿件、三級(jí)桿件、二級(jí)桿件、一級(jí)桿件五個(gè)部分，分別進(jìn)行風(fēng)力計(jì)算。同時(shí)，還需要考慮到底座承受垂直向上的風(fēng)力，該力形成的力矩，具有使支架傾覆的趨勢，不能忽略。詳見表1：

表1

整個(gè)天線架承受風(fēng)力，形成的力矩，為上述力矩的總和，即41.2575Nm，小于天線架的臨界傾覆力矩。因此可以得出結(jié)論，在承受給定風(fēng)力條件下，天線架不會(huì)傾覆，且還留有一定的安全裕度。

二.支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

承受風(fēng)力后，天線架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度也是需要考慮的問題。底座由實(shí)心厚鋁板制造，其強(qiáng)度和剛度無疑是足夠的。而天線架展開后，是一個(gè)細(xì)長桿件，其頂端又安裝了天線，因此本方案主要關(guān)注的是天線架的剛度問題。

由于天線本身質(zhì)量只有1.15千克，因此，天線結(jié)構(gòu)的壓桿穩(wěn)定性是可以保證的。因此方案中主要考慮的是承受23m/s風(fēng)力的工況下，天線架的變形和應(yīng)力。

本實(shí)用新型建立了天線安裝架的有限元分析模型，并將風(fēng)力計(jì)算中的結(jié)果作為邊界條件進(jìn)行加載。為了考慮最惡劣的情況，方案中將所有風(fēng)力全部作用于支架頂端(這樣加載雖然與真實(shí)情況不符，但是能夠幫助判斷支架的承載能力)。

整個(gè)支架結(jié)構(gòu)一共劃分單元285996個(gè)，網(wǎng)格采用自適應(yīng)劃分技術(shù)，在曲率半徑小的位置自動(dòng)進(jìn)行加密。

由于衛(wèi)導(dǎo)天線位置變化會(huì)對(duì)差分定位精度產(chǎn)生一定影響，故要求衛(wèi)導(dǎo)天線的微小位移幅度不超過2cm。通過有限元計(jì)算，在給定工況條件下，天線支架1最大變形量為：14.7mm，遠(yuǎn)小于衛(wèi)導(dǎo)天線要求的變形幅度。因此整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度能夠滿足要求。天線安裝架上應(yīng)力最大的位置出現(xiàn)在：斜撐桿底部的銷孔處，最大應(yīng)力為50.8MPa；但其應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋁合金材料的需用應(yīng)力，故天線架的強(qiáng)度是足夠的。

可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。