CN104670516B - 飞行器快速起降装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器快速起降装置，包括机载装置和车载装置；机载装置设置在飞行器底部，包括着陆凸座、电动绞盘、牵引绳、绳锤、牵引球、球弹射器、光电接收器和起降控制器，车载装置设置在车辆顶部，包括降落凹坪、落球孔、锁定装置、检测反馈装置和光电发射器；机载装置的着陆凸座和车载装置的降落凹坪均呈开口向上的漏斗形状，两者可内嵌配合。本发明在无人干预下，起降控制器依据光电信号状态，实现了飞行器对地面移动中的降落平台能够快速准确第捕获和牵引，保证了飞行器起降及运输固定的可靠性。

Description

飞行器快速起降装置

技术领域

本发明涉及一种起降装置，是一种飞行器快速起降装置。

背景技术

无人飞行器在自主起飞与自主着陆研究和应用方面，各国的科研单位进行了广泛的探索，国内外先进的无人直升机基本上具备了普通的陆基起降的能力，有部分无人直升机实现了在海面风的影响下跟踪移动舰船并实现无人干涉下的自主舰面起降，已经初步达到工程实用的要求。

牵引着陆方法在运动中平台上直升机着陆主要方法，根据牵引装置类型分为“硬牵引”和“软牵引”。“硬牵引”着陆方法典型方法如“鱼叉—格栅”式着舰系统：是由直升机底部的“鱼叉”锁紧机构与舰船甲板上的“格栅”组成。直升机在空中悬停，伸出“鱼叉”勾住“格栅”，通过系留模式，液压驱动把直升机拉在甲板上；“软牵引”着陆方法如拉降式着舰系统：主要包括直升机和舰船上的引索、绞车、主探管、尾探管和控制台。直升机准备降落时，直升机放下主探管，引索绳引入拉降索到直升机内卡住后，收紧拉降索，拉直升机下落。直升机着舰后，插入夹紧机构，固定直升机；

“拉降式”着舰系统要求舰船横向摇摆角在±31°内，纵向俯仰在±8°内，甲板上下波动速度小于6m/s；“鱼叉—格栅”式着舰装置要求舰船横向摇摆角在±8°内，纵向俯仰在±2°内。“软牵引”着陆系统相对于“硬牵引”着陆系统对着陆的平台摆动幅度更强的适应能力。“拉降式”着舰系统方法能够适应较大的摇摆角度，但需要人工锁扣牵引绳，“鱼叉—格栅”着舰可以随时锁紧、脱离满足复飞条件保障安全，但是需要液压系统支持。

显然，由于受无人直升机和车辆的承载能力和空间范围限制，起降装置对重量和体积均为严格的限制要求，“拉降式”和“鱼叉—格栅”着舰系统方法均不适用于车辆环境。无人机直升机在车辆上的着陆须要考虑车辆上的特殊性，由于受路基和行驶速度的影响，车辆着陆平台横摇、纵摇，速度、加速度变化大，降落场地尺寸小，对无人直升机降落机构和飞行控制提出很高的要求，无人直升机需具备很强的跟踪能力，着陆装置地陆可靠且不滑动，而且基本随时复飞能力，而且着陆过程须在无人操作下自主完成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞行器快速起降装置。

实现本发明目的的技术方案为：一种飞行器快速起降装置，包括机载装置和车载装置；

所述机载装置包括着陆凸座、电动绞盘、牵引绳、绳锤、牵引球、球弹射器、光电接收器和起降控制器，所述着陆凸座固定设置在飞行器舱外底部，所述电动绞盘、光电接收器和起降控制器均设置在着陆凸座内，所述牵引球通过牵引绳与电动绞盘相连，绳锤串接在牵引绳上；所述球弹射器设置在电动绞盘上，所述牵引球设置在球弹射器内；

所述车载装置包括降落凹坪、落球孔、锁定装置、检测反馈装置和光电发射器；所述降落凹坪固定设置在车辆顶部，所述落球孔设置在降落凹坪的底部，口径大于牵引球直径；所述锁定装置检测反馈装置设置在落球孔的圆柱壁侧面，锁定装置高于检测反馈装置，所述光电发射器设置在落球孔底部；

机载装置的着陆凸座和车载装置的降落凹坪均呈开口向上的漏斗形状，两者可内嵌配合。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

(1)本发明在采用嵌入式处理器实现降落全程的流程控制，无需人工干预情况可实现自主可靠稳定的降落。

(2)本发明的采用“软牵引”方式，可适应运动平台大幅度的横向和纵向的摇摆角，在对准时刻牵引球采用弹射方式快速进入降落凹坪的落球孔，有效解决了“软牵引”中的牵引球“单摆”效应，实现快速对准、锁定和系留。

(3)本发明的飞行器和车辆之间的对准检测采用光电自检测方法，捕获飞行器和降落平台对准时刻，迅速抛射牵引球，使之立即锁定，有效提高了降落的效率，而且避免了复杂的长时间动态跟踪和精确的对准难题，降低飞行控制器设计难度，提高着陆成功率。

(4)本发明的着陆对接装置，采用上口大下口小漏斗形状的着陆凸座和降落凹坪，且两者可内嵌配合，只需拉紧牵引绳即可实现飞行器的固定，并且有利于牵引球快速滑入落球孔，加快着陆效率。

(5)本发明的装置中采用牵引绳系留的“软牵引”着陆，不仅有利于着陆时保障飞行器对降落点跟踪高精度，而且避免飞行器在运动平台上的起飞侧倒危险，可在车辆静止、行车、拐弯、起伏路等均可安全、精确地起飞和降落；

(6)本发明的机载装置上选用部件的质量均较轻，因此机载装置具有质量轻，结构简单、易拆卸、维修方便、成本低，满足机载设备对质量的限制要求，具有重要的工程价值；

(7)本发明具有很广泛的适应性，不仅适用于无人直升机，也可适于多旋翼飞行器、倾转旋翼飞行器、固定翼的飞行器、有人驾驶飞行器等起降过程，而且对降落的平台可有多种，可在舰艇、其它有人或无人飞行器、坦克等运输交通工具等任何可着陆的地方能够成功起降。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的飞行器快速起降装置安装结构示意图；

图2是本发明的飞行器快速起降装置在降落准备状态的示意图；

图3是本发明的球弹射器结构图；

图4(a)为本发明球弹射器的球压紧状态示意图，图4(b)为本发明球弹射器的弹射准备状态示意图，图4(c)为本发明球弹射器的弹射状态示意图。

具体实施方式

结合图1，一种飞行器快速起降装置，包括机载装置2和车载装置3；

所述机载装置2包括着陆凸座5、牵引绳7、牵引球15、绳锤8、电动绞盘6、球弹射器16、光电接收器14、起降控制器，所述着陆凸座5固定设置在飞行器1舱外底部，所述电动绞盘6、光电接收器14和起降控制器均设置在着陆凸座5内，所述牵引球15通过牵引绳7与电动绞盘6相连，绳锤8串接在牵引绳7上；所述球弹射器设置在电动绞盘6上，所述牵引球15设置在球弹射器13内；

所述车载装置3包括降落凹坪9、落球孔10、锁定装置11、检测反馈装置12和光电发射器13；所述降落凹坪9固定设置在车辆4顶部，所述落球孔10设置在降落凹坪9的底部，口径大于牵引球15直径；所述锁定装置11检测反馈装置12设置在落球孔10的圆柱壁侧面，锁定装置11高于检测反馈装置12，所述光电发射器13设置在落球孔10底部；

机载装置的着陆凸座和车载装置的降落凹坪均呈开口向上的漏斗形状，两者可内嵌配合。

所述飞行器既可以是无人直升机，也可以是多旋翼飞行器、倾转旋翼飞行器、固定翼的飞行器、有人驾驶飞行器等飞行器。

所述球弹射器13包括外壳18、顶叉21、锁球电插销19和弹簧20；所述外壳18为开口向下的筒状结构，所述顶叉21、锁球电插销19和弹簧20均设置在外壳18内，所述顶叉21包括顶板和两个侧板，所述弹簧20的一端固定在外壳18顶部，另一端与顶叉21的顶板相连；所述锁球电插销19设置在外壳18的口部，所述牵引球15放置在锁球电插销19与顶叉21的两个侧板之间；所述绳锤8放置在顶叉21的两个侧板之间。

所述顶叉21的两个侧板底部设有与牵引球15相对应的弧形结构，用于固定牵引球15。

所述落球孔的数量至少为一个，每个落球孔均对应一个锁定装置、检测反馈装置。

所述着陆凸座5和降落凹坪9为配合部件，可为锥面柱，或者为可内嵌配合的笼架结构部件。

所述电动绞盘6通过支架设置在着陆凸座5内中央位置偏上部位。

所述起降控制器为全自动控制装置或者为手动控制装置，可对降落过程进行人工干预。

所述降落凹坪9通过支架固定设置在车辆顶部。

所述锁定装置11为电动插销、电磁铁、液压阀中的一种，用于锁定牵引球。

所述检测反馈装置12为红外对射传感器、激光对射传感器、霍尔传感器中的一种。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

结合图1，以无人直升机降落在车辆顶部为例，飞行器快速起降装置包括机载装置2和车载装置3；

结合图2，机载装置2包括着陆凸座5、牵引绳7、牵引球15、绳锤8、电动绞盘6、球弹射器16、光电接收器14、起降控制器，着陆凸座5固定设置在无人直升机1舱外底部，电动绞盘6、光电接收器14和起降控制器均设置在着陆凸座5内，电动绞盘6通过支架设置在着陆凸座5内中央位置偏上部位；牵引球15通过牵引绳7与电动绞盘6相连，绳锤8穿套在牵引绳7上；

结合图3，球弹射器设置在电动绞盘6上，球弹射器13包括外壳18、锁球电插销19、弹簧20和顶叉21；外壳18为开口向下的筒状结构，锁球电插销19、弹簧20和顶叉21均设置在外壳18内，顶叉21包括顶板和两个侧板，所述弹簧20的一端固定在外壳18顶部，另一端与顶叉21的顶板相连；所述锁球电插销19设置在外壳18的口部，所述牵引球15放置在锁球电插销19与顶叉21的两个侧板之间；所述绳锤8放置在顶叉21的两个侧板之间；顶叉21的两个侧板底部设有与牵引球15相对应的弧形结构，用于固定牵引球15；

车载装置3包括降落凹坪9、落球孔10、锁定装置11、检测反馈装置12和光电发射器13；所述降落凹坪9通过支架固定设置在车辆4顶部，所述落球孔10设置在降落凹坪9的底部，口径大于牵引球15直径；所述锁定装置11检测反馈装置12设置在落球孔10的圆柱壁侧面，锁定装置11高于检测反馈装置12，所述光电发射器13设置在落球孔10底部；其中，检测反馈装置12为红外对射传感器；

当无人直升机1进入降落准备时，此时球弹射器16中的牵引球处于压紧状态，如图4(a)所示，电动绞盘6释放牵引绳7，牵引绳7在绳锤8作用下松弛状态且下垂，球弹射器16处于弹射准备状态，如图4(b)所示；车载装置3上的光电发射器13射出的光覆盖区域如锥柱17所示，当无人直升机1保持一定高度向车辆4上方飞入到该区域17内时，机载装置2上的光电接收器14感应到光电信号，则表明无人直升机1和车辆2处于位置对中时刻，起降控制器向球弹射器16发送弹射信号，牵引球15带着牵引绳7迅速落入降落凹坪9的“漏斗”内，如图4(c)所示，然后滑入到落球孔10内被球检测器12检测到后，很快被锁定。然后，车载装置3向机载飞行控制器发送牵引球15被锁定反馈信息；机载飞行控制器收到反馈信息后，无人直升机1适当加大升力，切换跟踪车辆的控制模式变为姿态水平保持模式，启动电动绞盘6收紧牵引绳7，直至上下两装置的四周对接贴合，然后电动绞盘6停止工作并断电，完成降落过程。

在整个降落过程中无人直升机1飞行控制系统与车辆2无需复杂的长时间动态跟踪和精确的对准，仅仅作短暂的跟踪，由两者上的光电发射-接收系统捕获对准时刻立即快速锁定，实现无人直升机利用牵引绳的软联接实现跟踪系留，完成精确的降落。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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。

本发明在无人干预下，起降控制器依据光电信号状态，实现了飞行器对地面移动中的降落平台能够快速准确第捕获和牵引，保证了飞行器起降及运输固定的可靠性。

Claims (10)

1.一种飞行器快速起降装置，其特征在于，包括机载装置(2)和车载装置(3)；

所述机载装置(2)包括着陆凸座(5)、电动绞盘(6)、牵引绳(7)、绳锤(8)、牵引球(15)、球弹射器(16)、光电接收器(14)和起降控制器，所述着陆凸座(5)固定设置在飞行器(1)舱外底部，所述电动绞盘(6)、光电接收器(14)和起降控制器均设置在着陆凸座(5)内，所述牵引球(15)通过牵引绳(7)与电动绞盘(6)相连，绳锤(8)穿套在牵引绳(7)上；所述球弹射器设置在电动绞盘(6)上，所述牵引球(15)设置在球弹射器(13)内；

所述车载装置(3)包括降落凹坪(9)、落球孔(10)、锁定装置(11)、检测反馈装置(12)和光电发射器(13)；所述降落凹坪(9)固定设置在车辆(4)顶部，所述落球孔(10)设置在降落凹坪(9)的底部，口径大于牵引球(15)直径；所述锁定装置(11)检测反馈装置(12)设置在落球孔(10)的圆柱壁侧面，锁定装置(11)高于检测反馈装置(12)，所述光电发射器(13)设置在落球孔(10)底部；

机载装置的着陆凸座和车载装置的降落凹坪均呈开口向上的漏斗形状，两者可内嵌配合。

2.根据权利要求1所述的飞行器快速起降装置，其特征在于，所述球弹射器(13)包括外壳(18)、锁球电插销(19)、弹簧(20)和顶叉(21)；所述外壳(18)为开口向下的筒状结构，所述锁球电插销(19)、弹簧(20)和顶叉(21)均设置在外壳(18)内，所述顶叉(21)包括顶板和两个侧板，所述弹簧(20)的一端固定在外壳(18)顶部，另一端与顶叉(21)的顶板相连；所述锁球电插销(19)设置在外壳(18)的口部，所述牵引球(15)放置在锁球电插销(19)与顶叉(21)的两个侧板之间；所述绳锤(8)放置在顶叉(21)的两个侧板之间。

3.根据权利要求2所述的飞行器快速起降装置，其特征在于，所述顶叉(21)的两个侧板底部设有与牵引球(15)相对应的弧形结构，用于固定牵引球(15)。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的飞行器快速起降装置，其特征在于，所述落球孔的数量至少为一个，每个落球孔均对应一个锁定装置、检测反馈装置。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的飞行器快速起降装置，其特征在于，所述着陆凸座(5)和降落凹坪(9)为配合部件，为锥面柱，或者为可内嵌配合的笼架结构部件。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的飞行器快速起降装置，其特征在于，所述电动绞盘(6)通过支架设置在着陆凸座(5)内中央位置偏上部位。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的飞行器快速起降装置，其特征在于，所述起降控制器为全自动控制装置或者为手动控制装置。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的飞行器快速起降装置，其特征在于，所述降落凹坪(9)通过支架固定设置在车辆顶部。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的飞行器快速起降装置，其特征在于，所述锁定装置(11)为电动插销、电磁铁、液压阀中的一种，用于锁定牵引球。

10.根据权利要求1-3任意一项所述的飞行器快速起降装置，其特征在于，所述检测反馈装置(12)为红外对射传感器、激光对射传感器、霍尔传感器中的一种。