CN109229405B - 一种空中撞网式无人机连续回收方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空中撞网式无人机连续回收系统，包括载机、拖缆、升力体外形拖曳舱、航空绞车、视觉导航系统、连续撞网回收装置。回收时，载机通过航空绞车释放拖缆，将升力体外形拖曳舱释放，无人机在视觉导航系统指引下从拖曳舱尾部飞入，回收网负责捕捉无人机，并在滑车的刹车作用下在U型滑轨输送装置上减速滑行进入传送带装置运输储存；无人机全部回收之后，航空绞车收回拖缆，将拖曳舱和无人机一同收入载机内，完成空基回收。本发明利用拖曳舱系统将回收装置放置于载机的干扰流场之外，可避免载机对回收过程的影响，回收成功率大，载机安全性高，可在空中安全连续地回收多架无人机。

Description

一种空中撞网式无人机连续回收方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种空中撞网式无人机连续回收方法及系统。

背景技术

近几年来，蜂群无人机战术作为一种全新、颠覆式的理想作战模式受到各国的重视，它以智能集群技术为核心，将单机薄弱的作战能力通过无人机的协同网络相互联系起来，构建成为一种具有低成本、抗打击能力强、作战模式多样化的新型作战体系。

无人机蜂群的核心优势在于：单机成本低、群体数目大、群体智能程度高，这意味着蜂群无人机往往设计为一次性消耗品，然而即使成本很低，它们仍然包含一些不想被敌人所掌握的关键核心技术，一种解决方案是任务结束后破坏掉无人机或损坏电子设备，使其不能被重新使用或逆向改造，但该方案需要无人机装载额外的设备，考虑到无人机被破坏程度的不确定性和成本因素而难以被采用；另一种解决方案是选择回收无人机，目前主流的回收方法分为空基回收和陆基回收，其中陆基回收方案由于对地面环境要求苛刻，在实际战争中我们往往无法保证合适的回收区域，而空基回收技术将大大降低对环境的要求。

无人机的空基回收方式大致分为两种，一种为撞线回收方式，该方式要求回收过程中无人机上某处安装的挂钩与提前设置好的阻拦绳实现完美对接。然而挂钩在设计上要求能承受较高的冲击强度，导致无人机在重量和成本上有较大的提升，不符合蜂群无人机的低成本要求。并且蜂群无人机一般体型偏小，稍微受到风的干扰便很难实现与阻拦绳的完美对接。而撞网回收方式是一种精确的低损伤回收方式，其核心技术在于如何指引无人机精准地向回收网减速飞行，并采用哪种方式将无人机的动能柔和地吸收掉。该方式由于回收网面积大小的限制，一般适合中、小型的无人机回收。

目前，一些成熟的撞网回收装置大多安装在陆地或一些大型舰艇上，并且设计为一次性回收一架，一般用于大型无人机的回收。我们不能单纯地把陆基的撞网回收装置直接搬运到空中进行无人机的回收，它们无法达到一次性回收多架蜂群无人机的要求。现有的空基拖曳网式回收装置如专利CN 107792381A，采用的是单网多架回收的方式，虽然该方式能实现多架无人机的同时回收，但也存在着不可规避的设计缺陷：首先，要保证小型无人机能够成功撞在回收网上，那么网面需要一定的密度，而大面积的回收网在空中被拖曳意味着回收网不能太密，否则需要复杂的稳定装置去保持网面的垂直状态；其次可能会出现多架无人机撞在回收网的同一小块区域，这很难确保无人机机体不出现损伤，导致整个回收成功率的降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种无人机的空中连续多架回收方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种空中撞网式无人机连续回收系统，包括载机、拖缆、升力体外形拖曳舱、航空绞车、视觉导航系统、连续撞网回收装置，所述升力体外形拖曳舱布置于载机的机尾舱门内，所述航空绞车经由载机开启的后舱门控制收放所述拖缆，所述拖缆连接升力体外形拖曳舱，实现升力体外形拖曳舱的收放；所述升力体外形拖曳舱内载自动化飞控系统，用于保证升力体外形拖曳舱全程飞行的稳定，并保证撞网过程中，升力体外形拖曳舱不发生剧烈摇晃；所述连续撞网回收装置安装于升力体外形拖曳舱机身内；所述视觉导航系统设置于升力体外形拖曳舱尾部。

进一步地，所述连续撞网回收装置包括U型滑轨输送装置、传送带装置、回收网装置、收放控制机构、滑车链条和测速传感器；

两所述U型滑轨输送装置的底部滑轨水平平行设置，顶部滑轨呈倒三角设置，之间的距离由外往内逐渐变窄，末端与所述传送带装置相连；

所述回收网装置的数量为多个，由所述滑车链条两两相连，包括回收网、安装在所述U型滑轨输送装置上的四个滑车和滑车固定机构，所述滑车带刹车系统；所述回收网的顶部两端与靠近舱身内部的两个所述滑车直接相连，底部两端通过一段足够长的悬挂细索与靠近舱身尾部的两个所述滑车相连，保证网面能够垂直张开；

所述收放控制机构共两个，分别设置于两U型滑轨输送装置的上方，用于收放所述滑车固定机构；

所述传送带装置用于接收被捕捉到的无人机，连同回收网向升力体外形拖曳舱内部运输储存，此外还用于在无人机撞网动能不足时提供额外动力；

所述测速传感器用于检测无人机的相对撞击速度并判断本次撞网是需要滑车提供刹车减速还是需要传送带装置提供额外动力。

进一步地，所述载机为运输机或直升机，升力体外形拖曳舱采用翼身融合设计。

进一步地，利用升力体外形拖曳舱一次收纳多架无人机并一同收入载机1中。

进一步地，待工作的所述回收网装置将网面折叠储存于底部滑轨上；准备好的所述回收网装置放置于顶部滑轨。

本发明实施例还提供了上述的空中撞网式无人机连续回收系统的回收方法，包括如下步骤：

S1、载机打开后舱门，通过航空绞车释放拖缆，载机进行低速直线或盘旋飞行，无人机空中自主编队与载机同向飞行并靠近升力体外形拖曳舱，升力体外形拖曳舱利用飞控系统保持稳定飞行；

S2、无人机利用视觉导航系统测定和载机距离并调整飞行姿态和飞行速度，收放控制机构释放滑车固定机构，做好回收准备；

S3、无人机经过连续撞网回收装置尾部的测速传感器，并与回收网软对接，测速传感器将速度信息反馈给滑车的刹车系统，滑车在呈倒三角放置的滑轨上刹车减速，并使回收网收缩悬挂，携同无人机移动到U型滑轨输送装置的末端，依靠传送带装置运输储存；同时，滑车在减速移动中利用滑车链条带动底部的回收网装置向顶部移动，移动过程中将回收网展开，到指定位置后由收放控制机构固定住，以准备下一次回收；

S4、无人机全部回收之后，航空绞车收回拖缆，将拖曳舱和无人机一同收入载机内，完成空基回收。

进一步地，无人机撞网之前，收放控制机构将滑车固定机构收起，松开滑车，利用无人机撞网后产生的动能，滑车在移动过程中利用滑车链条将U型滑轨底部的另一个回收网装置带至滑轨上方，同时传送带装置在无人机撞网动能不足时可提供额外动力来完成回收网的更替。

本发明具有以下有益效果：

1、利用拖曳舱系统将回收装置放置于载机的干扰流场之外，可避免载机对回收过程的影响，回收成功率大，载机安全性高。

2、拖曳舱能够在空中一次性回收多架无人机，显著地提高了整体空基回收进度。

3、拖曳舱设计为升力体外形，能够保证舱体具有相当大的静稳定度，可以降低无人机回收过程对定位精度的要求和无人机冲撞回收网时对拖曳舱稳定性的影响。

4、回收网每次仅回收一架无人机，不仅保证了前后两架无人机不会发生碰撞，而且回收网放置于拖曳舱内，能够有效避免繁重复杂的卷网回收过程。

5、以往的撞网回收装置都是通过安装阻尼器消耗无人机的动能，本发明中有效地利用了撞击时的动能去完成回收网的更替动作，一方面减低了对滑车刹车性能的要求，另一方面可实现连续回收无人机的功能。

附图说明

图1为本发明实施例一种空中撞网式无人机连续回收系统的工作状态图。

图2为本发明实施例中升力体外形拖曳舱的示意图。

图3为本发明实施例中升力体外形拖曳舱的内部示意图。

图4为本发明实施例中的连续撞网回收装置示意图。

图5为本发明实施例中无人机撞网过程的示意图。

图6为本发明实施例中舱内撞网回收装置的回收网连续更替过程示意图。

图7为本发明实施例中完成一次无人机回收后，撞网回收装置的状态示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图7所示，本发明实施例的一种空中撞网式无人机连续回收系统，包括载机1、拖缆2、升力体外形拖曳舱3、航空绞车4、视觉导航系统5、连续撞网回收装置6，所述载机为运输机或直升机，所述升力体外形拖曳舱布置于载机1的机尾舱门内，所述航空绞车经由载机开启的后舱门控制收放所述拖缆，所述拖缆连接升力体外形拖曳舱，实现升力体外形拖曳舱的收放；

升力体外形拖曳舱3采用翼身融合设计，示意图如图2-图3所示，所述升力体外形拖曳舱3内载自动化飞控系统，用于保证升力体外形拖曳舱3全程飞行的稳定，并保证撞网过程中，升力体外形拖曳舱不发生剧烈摇晃；所述连续撞网回收装置安装于升力体外形拖曳舱机身内；所述视觉导航系统设置于升力体外形拖曳舱尾部。

如图3所示，所述连续撞网回收装置包括U型滑轨输送装置7、传送带装置8、回收网装置9、收放控制机构10、滑车链条11和测速传感器12；

两所述U型滑轨输送装置的底部滑轨水平平行设置，顶部滑轨呈倒三角设置，之间的距离由外往内逐渐变窄，末端与所述传送带装置相连；

所述回收网装置9包括回收网14、安装在所述U型滑轨输送装置上的四个滑车13和滑车固定机构15，数量为多个，由所述滑车链条11两两相连，待工作的所述回收网装置将网面折叠储存于底部滑轨上；准备好的所述回收网装置放置于顶部滑轨；所述滑车13带刹车系统；所述回收网14的顶部两端与靠近舱身内部的两个所述滑车直接相连，底部两端通过一段足够长的悬挂细索与靠近舱身尾部的两个所述滑车相连，保证网面能够垂直张开；

所述收放控制机构10共两个，分别设置于两U型滑轨输送装置7的上方，用于收放所述滑车固定机构15；

所述传送带装置8用于接收被捕捉到的无人机，连同回收网14向升力体外形拖曳舱内部运输储存，此外还用于在无人机撞网动能不足时提供额外动力；

所述测速传感器12用于检测无人机的相对撞击速度并判断本次撞网是需要滑车13 提供刹车减速还是需要传送带装置8提供额外动力。

本发明实施例的一种空中撞网式无人机连续回收的方法，包括如下步骤：

参照图1-图2，S1、载机打开后舱门，通过航空绞车4释放拖缆2，载机1进行低速直线或盘旋飞行，无人机空中自主编队与载机1同向飞行并靠近升力体外形拖曳舱3，升力体外形拖曳舱3利用飞控系统保持稳定飞行；

参照图3-图6，S2、无人机利用视觉导航系统5测定和载机1距离并调整飞行姿态和飞行速度，收放控制机构10释放滑车固定机构15，做好回收准备；

S3、无人机经过连续撞网回收装置6尾部的测速传感器12，并与回收网14软对接，测速传感器12将速度信息反馈给滑车13的刹车系统，滑车13在呈倒三角放置的滑轨上刹车减速，并使回收网14收缩悬挂，携同无人机移动到U型滑轨输送装置7的末端，依靠传送带装置8运输储存；同时，滑车13在减速移动中利用滑车链条11带动底部的回收网装置13向顶部移动，移动过程中将回收网14展开，到指定位置后由收放控制机构10固定住，以准备下一次回收；

S4、无人机全部回收之后，航空绞车收回拖缆，将拖曳舱和无人机一同收入载机内，完成空基回收。

值得注意的是，无人机撞网之前，收放控制机构10将滑车固定机构15收起，松开滑车13，利用无人机撞网后产生的动能，滑车13在移动过程中利用滑车链条11将 U型滑轨底部的另一个回收网装置9带至滑轨上方，同时传送带装置8在无人机撞网动能不足时可提供额外动力来完成回收网的更替。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种空中撞网式无人机连续回收系统，其特征在于，包括载机(1)、拖缆(2)、升力体外形拖曳舱(3)、航空绞车(4)、视觉导航系统(5)、连续撞网回收装置(6)，所述升力体外形拖曳舱布置于载机(1)的机尾舱门内，所述航空绞车经由载机开启的后舱门控制收放所述拖缆，所述拖缆连接升力体外形拖曳舱，实现升力体外形拖曳舱的收放；所述升力体外形拖曳舱(3)内载自动化飞控系统，用于保证升力体外形拖曳舱(3)全程飞行的稳定，并保证撞网过程中，升力体外形拖曳舱不发生剧烈摇晃；所述连续撞网回收装置安装于升力体外形拖曳舱机身内；所述视觉导航系统设置于升力体外形拖曳舱尾部；

所述连续撞网回收装置包括U型滑轨输送装置(7)、传送带装置(8)、回收网装置(9)、收放控制机构(10)、滑车链条(11)和测速传感器(12)；

两所述U型滑轨输送装置的底部滑轨水平平行设置，顶部滑轨呈倒三角设置，之间的距离由外往内逐渐变窄，末端与所述传送带装置相连；

所述回收网装置(9)的数量为多个，由所述滑车链条(11)两两相连，包括回收网(14)、安装在所述U型滑轨输送装置上的四个滑车(13)和滑车固定机构(15)，所述滑车(13)带刹车系统；所述回收网(14)的顶部两端与靠近舱身内部的两个所述滑车直接相连，底部两端通过一段足够长的悬挂细索与靠近舱身尾部的两个所述滑车相连，保证网面能够垂直张开；

所述收放控制机构(10)共两个，分别设置于两U型滑轨输送装置(7)的上方，用于收放所述滑车固定机构(15)；

所述传送带装置(8)用于接收被捕捉到的无人机，连同回收网(14)向升力体外形拖曳舱内部运输储存，此外还用于在无人机撞网动能不足时提供额外动力；

所述测速传感器(12)用于检测无人机的相对撞击速度并判断本次撞网是需要滑车(13)提供刹车减速还是需要传送带装置(8)提供额外动力。

2.如权利要求1所述的一种空中撞网式无人机连续回收系统，其特征在于，所述载机(1)为运输机或直升机，升力体外形拖曳舱(3)采用翼身融合设计。

3.如权利要求1所述的一种空中撞网式无人机连续回收系统，其特征在于，利用升力体外形拖曳舱(3)一次收纳多架无人机并一同收入载机(1)中。

4.如权利要求1所述的一种空中撞网式无人机连续回收系统，其特征在于，待工作的所述回收网装置将网面折叠储存于底部滑轨上；准备好的所述回收网装置放置于顶部滑轨。

5.一种权利要求1-4任一项所述的空中撞网式无人机连续回收系统的回收方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、载机打开后舱门，通过航空绞车释放拖缆，载机进行低速直线或盘旋飞行，无人机空中自主编队与载机同向飞行并靠近升力体外形拖曳舱，升力体外形拖曳舱利用飞控系统保持稳定飞行；

S2、无人机利用视觉导航系统测定和载机距离并调整飞行姿态和飞行速度，收放控制机构释放滑车固定机构，做好回收准备；

S3、无人机经过连续撞网回收装置尾部的测速传感器，并与回收网软对接，测速传感器将速度信息反馈给滑车的刹车系统，滑车在呈倒三角放置的滑轨上刹车减速，并使回收网收缩悬挂，携同无人机移动到U型滑轨输送装置的末端，依靠传送带装置运输储存；同时，滑车在减速移动中利用滑车链条带动底部的回收网装置向顶部移动，移动过程中将回收网展开，到指定位置后由收放控制机构固定住，以准备下一次回收；

S4、无人机全部回收之后，航空绞车收回拖缆，将拖曳舱和无人机一同收入载机内，完成空基回收。

6.如权利要求5所述的回收方法，其特征在于，无人机撞网之前，收放控制机构(10)将滑车固定机构(15)收起，松开滑车(13)，利用无人机撞网后产生的动能，滑车(13)在移动过程中利用滑车链条(11)将U型滑轨底部的另一个回收网装置(9)带至滑轨上方，同时传送带装置(8)在无人机撞网动能不足时可提供额外动力来完成回收网的更替。

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