CN106516150A - 一种无人机分离起降系统 - Google Patents

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王进
付建伟
孙彦鹏
张东辉
左林玄
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Abstract

本发明涉及一种长航无人机分离起降系统，包括滑跑车、车上捕捉释放装置、机上固定装置以及起降控制系统组成。采用本起降系统的典型降落过程如下：多个滑跑车分布在待降落的场地上，横向排成一条直线，在控制系统的作用下，速度达到与降落的无人机基本相同。当无人机与滑跑车之间的距离接近到一定距离后，安装在滑跑车上的固定/捕获装置将无人机与滑跑车相连接。滑跑车与无人机共同减速直至完成降落。

Description

一种无人机分离起降系统
技术领域
本发明属于无人机设计领域，尤其涉及一种无人机分离起降系统，适用于长航时、且具有大展长机翼的无人机，例如太阳能无人机。
背景技术
太阳能无人机是一种以太阳能为能量来源，能够在高空进行长时间巡航的无人机。为了能够最大限度的提高无人机的升阻比降低飞行阻力，太阳能无人机往往是具有极大的展弦比并且机身的重量轻刚度小。太阳能无人机的实际展长(左翼尖到右翼尖的距离)通常在50米以上。例如美国的“太阳神”无人机翼展达71米。由于机体的刚度较小，故需要在无人机的机体上沿翼展方向安装多个起落架来支撑机身，这样在起飞和降落的时候就需要使用和无人机的展长一样宽的跑道。
普通的民用和军用的机场单条跑道的最大宽度在40米左右，这就给具有超大展长的无人机在普通机场上进行起降带来了很大的困难。以往的解决方案通常是为这种无人机建造专用的跑道进行起降，但这样会大大提高无人机的使用成本并且限制了无人机的使用范围。
为了能够保证长时间的巡航要求，太阳能无人机对气动性能和结构重量的要求十分苛刻。太阳能无人机通常要求能够连续进行几个月甚至一年的连续飞行，中途并不着陆。也就是说，固定在机身上的起落架使用的频率很低。因此固定在无人机机身上的多个起落架不仅增加了无人机的重量，而且增加了无人机的飞行阻力，对提高太阳能无人机的性能十分不利。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够解决具有大展长、低刚度的无人机不依赖于专用跑道进行起飞和降落作业的起降系统。这个起降系统同时也降低了无人机在飞行时的结构重量，提高了无人机的飞行性能。
本发明无人机分离起降系统，包括无人机、滑跑车、以及分离起降控制模块组成，所述无人机可拆卸连接在滑跑车上，并由所述分离起降控制模块控制所述无人机与滑跑车之间的相互接合及脱离，所述分离起降控制模块包括：
车速控制模块，用于控制所述滑跑车的车速；
释放模块，用于释放固定在所述滑跑车上的无人机；
捕捉模块，当所述无人机降落至接触滑跑车时，用于将所述无人机与所述滑跑车固定；
定位模块，包括设置在无人机上的第一定位点，所述第一定位点位于无人机的能够与所述滑跑车固定连接的位置处，以及包括设置在滑跑车上的第二定位点；
传感器模块，用于感应所述滑跑车车速信息、所述第一定位点以及所述第二定位点的位置信息。
优选的是，所述滑跑车包括若干个。
上述方案中优选的是，所述第二定位点位于所述滑跑车的能够与所述无人机固定连接的位置处。
上述方案中优选的是，还包括柔性连接装置，设置在无人机与滑跑车连接处。
上述方案中优选的是，所述柔性连接装置设置在滑跑车上，并与设置在所述无人机上的机上固定装置匹配连接。
上述方案中优选的是，所述滑跑车上设置有云台，机械臂的一端转动连接在所述云台上，机械臂的另一端连接所述柔性连接装置。
采用本技术方案的优点是：
1.采用分离式起降系统的大展长无人机不需要使用专用的跑道，只需要在较为平整的开阔场地即可完成起飞降落作业；
2.起降系统与无人机机身在起飞完成后分离，减轻了无人机在进行巡航飞行时的结构重量，提高了无人机的巡航性能。
附图说明
图1为本发明无人机分离起降系统的一优选实施例的结构示意图。
图2为本发明图1所示实施例的单滑跑车与无人机连接示意图。
其中，1为无人机；2为滑跑车；3为云台；4为机械臂；5为机上固定装置；6为柔性连接装置。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。
参考图1及图2，本发明无人机分离起降系统，包括无人机1、滑跑车2、以及分离起降控制模块组成，所述无人机1可拆卸连接在滑跑车2上，并由所述分离起降控制模块控制所述无人机1与滑跑车2之间的相互接合及脱离，所述分离起降控制模块包括：
车速控制模块，用于控制所述滑跑车的车速；
释放模块，用于释放固定在所述滑跑车上的无人机；
捕捉模块，当所述无人机降落至接触滑跑车时，用于将所述无人机与所述滑跑车固定；
定位模块，包括设置在无人机上的第一定位点，所述第一定位点位于无人机的能够与所述滑跑车固定连接的位置处，以及包括设置在滑跑车上的第二定位点；
传感器模块，用于感应所述滑跑车车速信息、所述第一定位点以及所述第二定位点的位置信息。
滑跑车是安装有动力装置的车辆，能够在分离起降控制模块的车速控制模块控制下使用自身动力按设定速度在场地上行驶。在无人机起飞前，将无人机1与滑跑车2进行固定连接，之后，通过车速控制模块控制所述滑跑车2达到起飞速度(无人机1的起飞速度)，之后由无人机1本身控制自身相应结构，以达到起飞要求，同时，通过释放模块将无人机1与滑跑车2之间相互脱离。同理，在无人机降落过程中，当无人机迫近地面跑道时，控制滑跑车2达到与所述无人机1相同的速度，并通过定位模块与传感器模块的相互作用，使滑跑车2恰好位于无人机1的下方，并通过捕捉装置捕捉的无人机，具体的为捕捉到无人机1底部的固定装置，滑跑车2与该固定装置固定连接后，无人机熄火，同时，控制滑跑车逐步降速至停止。
如前所述，太阳能无人机翼展通常为50m以上，为此本实施例设定有多个滑跑车2，例如，如图1所示，每个机翼下方间隔设置有4个滑跑车，每个滑跑车上的传感器模块均能够感应到其它滑跑车上的定位模块限定的第二定位点，从而能够保证所述的多个滑跑车位于同一条直线上，且具有同一运动速度。可以理解的是，第二定位点可以位于滑跑车的任一位置，包括能够与所述无人机固定连接的位置处，只需要确定出第二定位点相对于车头(或车位，或轮胎等任意具有特定位置的地方)的位置，即可以通过一定的距离转换使这些滑跑车位于同一条直线上，需要说明的是，本实施例所述同一条直线是指当所述多个滑跑车相同时，多个滑跑车的车头及车尾均在同一直线上，或者当所述多个滑跑车不相同时，所述多个滑跑车上的能够与所述无人机固定连接的位置处位于同一条直线上，以便能够同时捕捉或释放位于无人机机翼上的若干固定点(固定装置)。
备选实施方式中，若机翼上的若干固定点不在同一直线上，所述多个滑跑车上的捕获或释放机构也应当不在同一直线上，具体的，应以使所述所有捕获或释放机构能够同时捕获或释放无人机为准。
本实施例中，上述捕获或释放机构的具体结构如图2所示，其包括柔性连接装置6，云台3以及机械臂4，同理，还包括与柔性连接装置6匹配的机上固定装置5。可以理解的是，柔性连接装置6与机上固定装置5相对设置在上述无人机1与滑跑车2之一上，例如本实施例图2所示，柔性连接装置6设置在滑跑车2上，机上固定装置5设置在无人机1上。
需要说明的是，滑跑车2上设置有云台3，并且云台3高于滑跑车的其它位置，以使得设置在云台3上的机械臂4能够不被滑跑车其它位置限制，同时，也使得其上方的无人机1能够自由活动，本实施例中，机械臂4的一端铰接至云台3上，例如转动连接，备选实施例中，也可以是固定连接，其由机械臂4的另一端与无人机1的可拆卸连接方式所决定，例如，当机械臂4的另一端与无人机低端的机上固定装置5是电磁连接时，机械臂4可以与云台固定连接，这样，当滑跑车需要释放无人机时，只需要控制电磁连接的两极(或一级)断电即可完成释放任务，而不需要控制机械臂4相对于云台3的运动；再如当机械臂的另一端与无人机低端的机上固定装置为卡接时，机械臂4可以与云台转动连接，当滑跑车需要释放无人机时，只需要控制机械臂绕铰接点逆时针转动(参考图2)，即可使机械臂连接机上固定装置5的一端下移，进而脱离无人机，同时，无人机通过舵机控制机翼偏转，达到起飞运动。
需要说明的是，上述卡接方式例如可以是半封闭式凹槽结构，所述凹槽结构限制形成的容纳腔能够容纳所述机上固定装置5，容纳腔开口朝向无人机，这样，当凹槽向背离容纳腔开口方向运动时，假定由无人机起降程序控制的无人机不会因重力下降时，可以理解成所述无人机脱离所述滑跑车。
本实施例所述柔性连接装置6在机械臂5的控制下，不仅能随之转动，还能在车体平台平面内移动，减缓车体在滑跑中的不规则运动对装置的影响。例如，所述机械臂为液压式机械臂，即机械臂中间段为液压机构，当机械臂5倍控制为不能绕铰接点转动时，但无人机在降落过程中又对滑跑车一个向前的推动力，这时候，通过液压式机械臂即可以吸收能力，减缓冲击力。备选实施方式中，也可以用弹簧替代所述液压机构。该实施例中，柔性连接装置安装在机械臂的末端，当其与无人机上的机上固定装置连接后能够在控制系统控制下执行捕捉释放动作，并控制其对机体的作用力，当作用力超过一定限度时，自动释放无人机，避免对无人机机体造成损伤。
本实施例的一个备选实施方式中，滑跑车上安装有车辆位置(上述定位器)、传感器(包括速度传感器)以外，还设置有无线通讯装置，能够将自身的位置以及相对于其他滑跑车的位置信息实时传递给起降控制系统，并接收起降控制系统的指令，对自身的前进方向和速度进行调整。通过无线通讯等方式，协调多个滑跑车及无人机的动作过程来完成无人机的起降作业。
采用本起降系统的典型的起飞过程如下：多个滑跑车平行分布在起降场地上，横向排成一条直线。将无人机通过车上捕捉释放装置安装到滑跑车上。多个滑跑车在控制系统的控制下一起加速，当达到起飞速度后，车上捕捉释放装置释放无人机，无人机完成起飞。
采用本起降系统的典型降落过程如下：多个滑跑车分布在待降落的场地上，横向排成一条直线，在控制系统的作用下，速度达到与降落的无人机基本相同。当无人机与滑跑车之间的距离接近到一定距离后，安装在滑跑车上的固定/捕获装置将无人机与滑跑车相连接。滑跑车与无人机共同减速直至完成降落。
采用本技术方案的优点是：
1.采用分离式起降系统的大展长无人机不需要使用专用的跑道，只需要在较为平整的开阔场地即可完成起飞降落作业；
2.起降系统与无人机机身在起飞完成后分离，减轻了无人机在进行巡航飞行时的结构重量，提高了无人机的巡航性能。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种无人机分离起降系统，其特征在于：包括无人机(1)、滑跑车(2)、以及分离起降控制模块组成，所述无人机(1)可拆卸连接在滑跑车(2)上，并由所述分离起降控制模块控制所述无人机(1)与滑跑车(2)之间的相互接合及脱离，所述分离起降控制模块包括：
车速控制模块，用于控制所述滑跑车(2)的车速；
释放模块，用于释放固定在所述滑跑车(2)上的无人机(1)；
捕捉模块，当所述无人机(1)降落至接触滑跑车(2)时，用于将所述无人机(1)与所述滑跑车(2)固定；
定位模块，包括设置在无人机(1)上的第一定位点，所述第一定位点位于无人机(1)的能够与所述滑跑车(2)固定连接的位置处，以及包括设置在滑跑车(2)上的第二定位点；
传感器模块，用于感应所述滑跑车(2)车速信息、所述第一定位点以及所述第二定位点的位置信息。
2.如权利要求1所述的无人机分离起降系统，其特征在于：所述滑跑车(2)包括若干个。
3.如权利要求1所述的无人机分离起降系统，其特征在于：所述第二定位点位于所述滑跑车(2)的能够与所述无人机(1)固定连接的位置处。
4.如权利要求1所述的无人机分离起降系统，其特征在于：还包括柔性连接装置(6)，设置在无人机(1)与滑跑车(2)连接处。
5.如权利要求4所述的无人机分离起降系统，其特征在于：所述柔性连接装置(6)设置在滑跑车(2)上，并与设置在所述无人机(1)上的机上固定装置(5)匹配连接。
6.如权利要求5所述的无人机分离起降系统，其特征在于：所述滑跑车(2)上设置有云台(3)，机械臂(4)的一端转动连接在所述云台(3)上，机械臂(4)的另一端连接所述柔性连接装置(6)。
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