CN108248864B - 一种中小型无人机空中阻拦回收装置 - Google Patents

一种中小型无人机空中阻拦回收装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特点是:包括带有多能量吸收点的回收架、带有多能量吸收点的缓冲装置、带有软件控制和硬件设备的回收导引装置；所述的能量为冲击能；所述回收架、缓冲装置、回收导引装置有机结合完成无人机回收过程；本发明和现有“天钩”回收技术相比，采用多个能量吸收点的回收架替代单一能量吸收点的回收架，避免了由飞机承担全部撞击能的极易损坏无人机机体的危险发生，使得无人机回收的可靠性和安全性得到很大提高。

Description

一种中小型无人机空中阻拦回收装置
技术领域
本发明属于无人机回收技术领域，尤其涉及一种中小型无人机空中阻拦回收装置。
背景技术
中小型无人机回收始终是无人机应用的一个巨大障碍。中小型无人机由于尺寸小、重量轻、携带方便，已经在民用、军用二方面取得广泛应用。中小型无人机重量较轻且着陆速度较低（低于100公里/时），相对大型无人机的回收应当较容易，其回收有多种方式，例如伞降、垂直降落、滑跑着陆等，具体方法千奇百怪，由于中小型无人机种类繁多，数量庞大，每年由于着陆回收造成的损失巨大，甚至于一年损失几百架。对任何一个无人机使用单位这都是一个巨大的经济、安全和任务完成率的压力。这些回收方式是无人机应用的障碍。
如图3所示，现有国内和国外针对中小型无人机回收常采用称为“天钩”的回收机构，“天钩”是美国波音学院专利，利用一个由天钩回收架端部下垂的尼龙绳回收无人机。被回收无人机利用飞机撞击尼龙绳，尼龙绳在机翼前缘滑动至翼尖，在翼尖装有吊挂钩。利用吊挂钩和尼龙绳之间的摩擦力吊挂无人机。整个回收过程中大量冲击力由无人机自身围绕尼龙绳旋转运动进行缓冲，这样极易损坏无人机机体。
由于要利用被回收无人机机翼吊挂和尼龙绳的相互摩擦力来钩住飞机，必定造成无人机围绕尼龙绳的旋转运动和下滑运动，非常容易损坏无人机机翼部件和结构，由图可知即便回收成功损坏率也相当大。
如果在回收过程中尼龙绳没有精确的撞击到机翼端部，而撞击到机翼根部或靠近机身的机翼部分，不能及时顺利使无人机围绕尼龙绳旋转并通过无人机自身围绕尼龙绳旋转运动缓冲巨大的冲击力，那么对于一架几十公斤重、速度在50-100公里/时的无人机，机翼所受到的冲击力足以损毁其机翼，带来的事故是致命的。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种中小型无人机空中阻拦回收装置，通过采用多能量吸收点的回收架及回收导引方式，使得无人机回收的可靠性和安全性有很大提高。
一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于:包括带有多能量吸收点的回收架、带有多能量吸收点的缓冲装置、带有软件控制和硬件设备的回收导引装置；所述的能量为冲击能；所述回收架、缓冲装置、回收导引装置有机结合完成无人机回收过程；所述的带有多能量吸收点的回收架包括回收架底座、竖直安装在回收架底座上并具有足够高度的回收架主臂、以回收架主臂顶端为中心点向两边水平延伸一定长度且与回收架主臂组成回收架的主要承力件的回收架主横梁、回收架主臂顶端与其通过回收架主接头连接的具有足够长度的回收臂、靠近回收架主臂上端的安装在回收架主臂和回收臂之间的用于提供回收臂的支持力和举伸运动的支持力液压作动筒、回收臂另一端通过回收架主接头连接并以回收臂端头为中心点向两边水平延伸一定长度的回收架缓冲滑轨梁、安装于回收架缓冲滑轨梁上并向下垂挂的回收架滑车、通过轴承与回收架滑车下端抵接的水平悬挂的回收梁、分别安装于回收梁两端的下方的阻尼盘，连接两个阻尼盘的圆弧状的回收挂锁、安装在无人机背部的无人机回收钩。
所述带有多能量吸收点的回收架由如下几部分提供吸收冲击能：回收钩→回收挂索→阻尼盘→回收架滑车→回收臂和回收架缓冲滑轨梁间的缓冲连接→回收臂受冲击力后由缓冲弹簧吸收部分能量。
所述带有多能量吸收点的缓冲装置，包括在回收架主横梁两端带有用于吸收冲击能的主横樑-回收臂缓冲弹簧、在回收臂和回收缓冲滑轨樑之间带有用于缓冲吸收冲击能的回收臂-滑轨缓冲弹簧、在回收架滑车上垂向带有用于吸收冲击能的回收滑车缓冲弹簧、在回收梁和阻尼盘之间带有用于吸收冲击能的回收樑-阻尼盘缓冲弹簧。
所述回收架主臂靠近主臂下方与液压驱动可伸缩樑固接，由液压驱动可伸缩樑带动回收架主臂上下伸缩。
所述回收架主臂和回收架缓冲滑轨樑与回收臂的回收架主接头为回收架主十字接头，该回收架主十字接头提供回收臂三自由度运动。
所述回收索为软性可卷入阻尼盘的软索，阻尼盘提供回收索伸缩，并提供阻尼力，所述回收索类似航母上飞机拦阻索用拦阻盘。
所述回收钩是安装在飞机背部的可收放挂钩，挂钩端部为一特定形状吊钩，带有防脱结构，挂钩带有收放机钩，是一个带有一定弹性的杆状结构件，并承受一定冲击力。
所述回收导引装置包括设置在回收梁上的激光发生器、设置在无人机上的激光感受器、设置在无人机机载计算机内的控制软件；所述激光发生器到激光感受器的有效距离为2000米，所述机载计算机软件确定无人机终端飞行参数、速度、高度和航向导引无人机的拦挂回收全过程。
所述无人机回收钩上带有拉力传感器，一旦无人机吊挂成功，立即按照程序关闭发动机，由回收架主臂上的液压驱动作动筒放低回收臂打开回收吊钩上部自锁钩，把无人机取下来，此时无人机回收过程结束。
所述无人机在回收全过程中始终处于最小复飞速度的发动机功率状态，一旦回收失败，立即复飞，进入下次回收程序。
所述的回收架底座可以是拖带式，也可以装在汽车上自行。
本发明的优点效果
1、本发明和现有“天钩”回收技术相比，采用多个能量吸收点的回收架替代单一能量吸收点的回收架，避免了由飞机承担全部撞击能的极易损坏无人机机体的危险发生，使得无人机回收的可靠性和安全性得到很大提高。本发明的多能量吸收点回收架具体为：采用回收樑，安装在回收樑上的吊挂索为水平悬挂方向，易于无人机回收钩撞击。所有撞击都和无人机没有碰撞，减小了无人机回收过程中毁损几率；采用无人机背部安装回收钩，结构简单且易于拦挂：仅为一弹性金属杆，重量轻，长度较长，回收拦挂机成功率大大提高；采用阻尼盘吊索，无人机拦挂过程中，首先挂上吊索，挂索后阻尼盘立即释放吊索伸展，同时提供阻尼吸收冲击能量；采用基于回收架缓冲滑轨樑的滑动梁，利用滑车在滑动樑上运动吸收冲击能，滑动樑中带有缓冲弹簧提供滑车缓冲功能；采用滑动樑和回收樑端部为轴承转动连接、滑动樑和回收樑间设有缓冲弹簧的方法吸收冲击能。
2、本发明采用激光回收导引+软件回收导引+失败复飞相结合的方法，提高了回收导引定位精度和安全性，激光回收导引获得了飞机的运行轨迹，激光回收导引+软件回收导引，如同给飞机安上了“眼睛”，有效提高了挂索率。同时，无人机在回收全过程中始终处于最小复飞速度的发动机功率状态，一旦回收失败，立即复飞，进入下次回收程序。
附图说明
图1为本发明中小型无人机空中阻拦回收装置结构图；
图2为本发明安装在无人机背部的可收放挂钩示意图；
图3为现有技术采用“天钩”回收无人机示意图。
图中：0：无人机；1-0：回收钩；1-1：回收挂索；1-2：阻尼盘；1-3：回收樑-阻尼盘缓冲弹簧；1-4：回收樑；1-5-1：回收架缓冲滑轨梁；1-5-2：回收架滑车；1-5-3：回收架滑车缓冲弹簧；1-5-4：滑车轴承；1-6：回收臂；1-6-1：回收臂-滑轨缓冲弹簧；1-7-1：主横樑-回收臂缓冲弹簧；1-8：回收架主接头；1-9：回收架主横梁；1-10：液压作动筒；1-11：回收架主臂；1-12：液压驱动装置；1-13：回收架底座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行解释：
本发明设计原理：
中小型无人机一般重量在20-150公斤范围内，最小复飞速度为50-100公里/每小时，具有如此重量和复飞速度的无人机在回收钩挂上回收索时的冲击能量足以摧毁一架无人机。为此，在整个回收过程中有效吸收冲击能是本回收架的重要设计指标。
本发明设计概述：在无人机背部安装一个回收钩，当飞行轨迹末端的低高度为10-15米左右时，拦挂一个软吊索，完成回收过程。
1、能量吸收原理：就像人体的多个关节一样，每个关节都是一个能量吸收缓冲带。本发明的空中拦截回收架通过设计回收架的五个部分从而吸收飞机回收过程中的巨大冲击能，这五个部分包括：→回收钩→回收挂索→阻尼盘→回收架滑车→回收臂。回收钩吸收冲击能：回收钩是安装在飞机背部的可收放挂钩，挂钩端部为一特定形状吊钩，带有防脱结构，挂钩带有收放机钩，是一个带有一定弹性的杆状结构件，并承受一定冲击力；回收挂索及阻尼盘吸收冲击能：回收挂索采用了阻尼盘吊索，因为无人机拦挂过程中，首先挂上吊索，由于吊索和阻尼盘相连接，因此当挂上吊索以后，阻尼盘立即释放吊索使得吊索伸展，同时提供阻尼吸收冲击能量；阻尼吊索的优势还在于：阻尼比随着吊索张力的加大而加大、随着吊索的伸展而加大；回收架滑车（回收架缓冲滑轨梁）吸收冲击能：当无人机挂上回收挂索时，回收架滑车随着飞机冲力方向沿着回收架缓冲滑轨梁向后运动，吸收飞机对于回收架滑车的冲击能；回收臂吸收冲击能：回收臂的一头连接有回收缓冲滑轨樑、回收臂和回收缓冲滑轨樑之间带有缓冲吸收冲击能的缓冲弹簧，并且，回收臂与两端的横梁之间的连接为十字转动连接，十字转动连接使得回收臂转动灵活，当受到冲击力时，可以随着冲击力的方向作出任意的三自由度运动，从而进一步吸收冲击能。
2、回收导引原理：为使得飞机背部的回收钩能够准确挂接到回收挂索上，本发明采用激光回收导引+软件回收导引的方法。首先，利用激光进行精确回收导引，在回收架回收樑上设置有效距离为2000米的激光发生器（即激光照射仪），在无人机上按装有激光感受器，通过发生器和感受器之间的激光测距的方法，在2000米范围内，将无数个测距点的距离数据连接起来既可以构成一条飞机运行的轨迹，从而最终获得飞机到达回收挂锁的飞行轨迹；软件回收导引方法是利用机载计算机软件随时掌控飞机的高度、速度、航向等，通过计算飞机当前的高度、速度、航向等参数，再结合回收挂索的高度和物理位置，并结合激光导引后的飞机运行轨迹，使得回收导引精度达到厘米级别。本发明采用两种方法相互补偿、相互依赖、相互支持，最终实现无人机精确挂接到回收挂索上。
基于以上原理，本发明设计了一种中小型无人机空中阻拦回收装置，如下：
如图1所示，一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于:包括带有多能量吸收点的回收架、带有多能量吸收点的缓冲装置、带有软件控制和硬件设备的回收导引装置；所述的能量为冲击能；所述回收架、缓冲装置、回收导引装置有机结合完成无人机回收过程；所述的带有多能量吸收点的回收架包括回收架底座1-13、竖直安装在回收架底座上并具有足够高度的回收架主臂1-11、以回收架主臂顶端为中心点向两边水平延伸一定长度且与回收架主臂组成回收架的主要承力件的回收架主横梁1-9、回收架主臂1-11顶端与其通过回收架主接头连接的具有足够长度的回收臂1-6、靠近回收架主臂1-11上端的安装在回收架主臂和回收臂1-6之间的用于提供回收臂的支持力和举伸运动的支持力液压作动筒1-10、回收臂另一端通过回收架主接头1-8连接并以回收臂1-6端头为中心点向两边水平延伸一定长度的回收架缓冲滑轨梁1-5-1、安装于回收架缓冲滑轨梁1-5-1上并向下垂挂的回收架滑车1-5-2、通过轴承1-5-4与回收架滑车1-5-2下端抵接的水平悬挂的回收梁1-4、分别安装于回收梁1-4两端的下方的阻尼盘1-2，连接两个阻尼盘1-2的圆弧状的回收挂锁1-1、安装在无人机背部的无人机回收钩1-0。
所述带有多能量吸收点的回收架由如下几部分提供吸收冲击能：回收钩→回收挂索→阻尼盘→回收架滑车→回收臂和回收架缓冲滑轨梁间的缓冲连接→回收臂受冲击力后由缓冲弹簧吸收部分能量。
所述带有多能量吸收点的缓冲装置，包括在回收架主横梁两端带有用于吸收冲击能的主横樑-回收臂缓冲弹簧1-7-1、在回收臂和回收缓冲滑轨樑之间带有用于缓冲吸收冲击能的回收臂-滑轨缓冲弹簧1-6-1、在回收架滑车上垂向带有用于吸收冲击能的回收滑车缓冲弹簧1-5-3、在回收梁和阻尼盘之间带有用于吸收冲击能的回收樑-阻尼盘缓冲弹簧1-3。
所述回收架主臂1-11靠近主臂下方与液压驱动可伸缩樑1-12固接，由液压驱动可伸缩樑带动回收架主臂1-11上下伸缩。
所述回收架主臂1-11和回收架缓冲滑轨樑1-5-1与回收臂的回收架主接头1-8为回收架主十字接头，该回收架主十字接头提供回收臂三自由度运动。
所述回收挂索1-1为软性可卷入阻尼盘1-2的软索，阻尼盘1-2提供回收索伸缩，并提供阻尼力，所述回收挂索1-1类似航母上飞机拦阻索用拦阻盘。
如图2所示，所述回收钩1-0是安装在飞机背部的可收放挂钩，挂钩端部为一特定形状吊钩，带有防脱结构，挂钩带有收放机钩，是一个带有一定弹性的杆状结构件，并承受一定冲击力。
所述回收导引装置包括设置在回收梁上的激光发生器、设置在无人机上的激光感受器、设置在无人机机载计算机内的控制软件；所述激光发生器到激光感受器的有效距离为2000米，所述机载计算机软件确定无人机终端飞行参数、速度、高度和航向导引无人机的拦挂回收全过程。
所述无人机回收钩上带有拉力传感器，一旦无人机吊挂成功，立即按照程序关闭发动机，由回收架主臂上的液压驱动作动筒放低回收臂打开回收吊钩上部自锁钩，把无人机取下来，此时无人机回收过程结束。
所述无人机在回收全过程中始终处于最小复飞速度的发动机功率状态，一旦回收失败，立即复飞，进入下次回收程序。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例。

Claims (8)

1.一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于:包括带有多能量吸收点的回收架、带有多能量吸收点的缓冲装置、带有软件控制和硬件设备的回收导引装置；所述的能量为冲击能；所述回收架、缓冲装置、回收导引装置有机结合完成无人机回收过程；所述的带有多能量吸收点的回收架包括回收架底座、竖直安装在回收架底座上并具有足够高度的回收架主臂、以回收架主臂顶端为中心点向两边水平延伸一定长度且与回收架主臂组成回收架的主要承力件的回收架主横梁、回收架主臂顶端与其通过回收架主接头连接的具有足够长度的回收臂、靠近回收架主臂上端的安装在回收架主臂和回收臂之间的用于提供回收臂的支持力和举伸运动的支持力液压作动筒、回收臂另一端通过回收架主接头连接并以回收臂端头为中心点向两边水平延伸一定长度的回收架缓冲滑轨梁、安装于回收架缓冲滑轨梁上并向下垂挂的回收架滑车、通过轴承与回收架滑车下端抵接的水平悬挂的回收梁、分别安装于回收梁两端的下方的阻尼盘，连接两个阻尼盘的圆弧状的回收挂锁、安装在无人机背部的无人机回收钩；
所述带有多能量吸收点的缓冲装置，包括在回收架主横梁两端带有用于吸收冲击能的主横梁-回收臂缓冲弹簧、在回收臂和回收缓冲滑轨梁之间带有用于缓冲吸收冲击能的回收臂-滑轨缓冲弹簧、在回收架滑车上垂向带有用于吸收冲击能的回收滑车缓冲弹簧、在回收梁和阻尼盘之间带有用于吸收冲击能的回收梁-阻尼盘缓冲弹簧；
所述回收导引装置包括设置在回收梁上的激光发生器、设置在无人机上的激光感受器、设置在无人机机载计算机内的控制软件；所述激光发生器到激光感受器的有效距离为2000米，机载计算机软件确定无人机终端飞行参数、速度、高度和航向导引无人机的拦挂回收全过程。
2.根据权利要求1所述的一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于:所述带有多能量吸收点的回收架由如下几部分提供吸收冲击能：回收钩→回收挂索→阻尼盘→回收架滑车→回收臂和回收架缓冲滑轨梁间的缓冲连接→回收臂受冲击力后由缓冲弹簧吸收部分能量。
3.根据权利要求1所述的一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于:所述回收架主臂靠近主臂下方与液压驱动可伸缩梁固接，由液压驱动可伸缩梁带动回收架主臂上下伸缩。
4.根据权利要求1所述的一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于:所述回收架主臂和回收架缓冲滑轨梁与回收臂的回收架主接头为回收架主十字接头，该回收架主十字接头提供回收臂三自由度运动。
5. 根据权利要求1所述的一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于: 回收索为软性可卷入阻尼盘的软索，阻尼盘提供回收索伸缩，并提供阻尼力，回收索类似航母上飞机拦阻索用拦阻盘。
6.根据权利要求1所述的一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于:所述回收钩是安装在飞机背部的可收放挂钩，挂钩端部为一特定形状吊钩，带有防脱结构，挂钩带有收放机钩，是一个带有一定弹性的杆状结构件，并承受一定冲击力。
7. 根据权利要求1所述的一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于: 所述无人机回收钩上带有拉力传感器，一旦无人机吊挂成功，立即按照程序关闭发动机，由回收架主臂上的液压驱动作动筒放低回收臂打开回收吊钩上部自锁钩，把无人机取下来，此时无人机回收过程结束。
8. 根据权利要求1所述的一种中小型无人机空中阻拦回收装置,其特征在于: 所述无人机在回收全过程中始终处于最小复飞速度的发动机功率状态，一旦回收失败，立即复飞，进入下次回收程序。
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