CN109927920A - 一种无人机减震气囊及无人机气囊减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机减震气囊，所述气囊充气后为圆柱体结构，两个圆形侧面上设有泄气孔，泄气孔上覆盖有可更换泄气薄膜。泄气薄膜耐受的压力值在200kPa～300kPa之间。基于上述气囊，本发明还公开了无人机气囊减震装置，其充气部件体积小，充气速度可自动调节，避免了传统充气部件无法调节充气速度所带来的气囊充不满或过充问题；鼓风机的启停通过光敏光传感器自动控制，控制简单可靠。

Description

一种无人机减震气囊及无人机气囊减震装置

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机减震气囊及无人机气囊减震装置。

背景技术

随着无人机发展应用普及，无人机回收系统的着陆缓冲方式中，气囊式缓冲装 置因其重量轻、充气前可折叠成小体积收藏，容易实现小的减速过载等特点日益受 到无人机设计师的青睐。目前气囊充气部件传统方案为气瓶、火工品或充气泵等， 充气部件的启停由飞控计算机根据事先设定的程序来控制。

主要缺陷在于：传统方案线路比较简单，容易实现等优点，但主要存在以下缺 点：

由于无人机自身可用的安装空间较小且降落地形复杂等特点，其对缓冲气囊装置的外形、尺寸、重量、易操作、高可靠性都有严格的要求，同时其控制方法也需 要智能化。气瓶体积大安装不方便且成本较高；火工品体积小但易受环境条件等因 素限制，如温度、湿度等，可靠性不高；充气泵体积较大且充气速度不可控，易过 充或充气不足；传统方案充气部件的启停由飞控计算机根据事先设定的程序来控制， 无法感知周围环境从而应对复杂降落地形；传统泄气孔大小不好控制，过大易导致 气囊充不满影响缓冲效果，过小易导致不能快速泄气使机体着地瞬间弹跳。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种无人机减震气囊及无人机气囊减震装置。

本发明采用如下技术方案：一种无人机减震气囊，所述气囊充气后为圆柱体结构，两个圆形侧面上设有泄气孔，泄气孔上覆盖有可更换泄气薄膜。泄气薄膜耐受 的压力值在200kPa～300kPa之间。

一种无人机气囊减震装置，包括气囊，所述气囊位于气囊舱中；用于对气囊充 气的充气装置；用于气囊舱舱盖的开启状况以及无人机着地状况进行感应的传感器； 以及驱动控制盒；传感器、充气装置分别与驱动控制盒相连。

进一步地，所述充气装置为鼓风机。

进一步地，所述传感器为光敏传感器，安装在所述气囊舱舱盖内侧，当舱盖打 开时，光敏传感器采集到光信号；当无人机着地后，光敏传感器被遮挡，不再接收 到光信号；光敏传感器将采集的光信号转换成电信号，发送至驱动控制盒。

本发明的有益效果在于：本发明气囊为圆柱体结构，气囊缓冲时对机体具有更 好的包裹，气囊两侧有泄气孔，泄气孔上粘接有可更换的PE泄气薄膜。基于该气囊 的减震装置其充气部件体积小，充气速度可自动调节，避免了传统充气部件无法调 节充气速度所带来的气囊充不满或过充问题；鼓风机的启停通过光敏光传感器自动 控制，控制简单可靠。

附图说明

图1：伞降+气囊系统简化图；

图2：落震试验时无人机重心处加速度变化曲线；

图3：本发明结构示意图。

具体实施方式

气囊减震过程有以下几个阶段：气囊充气→触地压缩(体积减小、囊内压力升 高)→靶机减速→气囊压力达到放气压力值(打开排气孔、囊内压力下降)→靶机着陆。

若靶机着陆过程中存在某一时刻t，靶机速度v(t)＝0，气囊对靶机的压力 F(t)<G(靶机重力)，此时靶机的动能为零，气囊的势能又不足以将靶机反弹，同时 若最大过载小于靶机允许过载，则实现了气囊减震的目标。

假设靶机垂直下落，整个过程中忽略囊中气体质量，则靶机在行程x处的速度 方程为：

式中，U_i为靶机初始速度(稳降速度)，V_i为气囊初始体积，p₀为大气压力，n≤γ，γ为绝热指数，p_i为气囊初始压力，p为缓冲过程中的气囊压力，其中V为 缓冲过程中的气囊体积，

在行程x处的加速度方程为：

式中，A为气囊触地面积。

根据理论计算和落震试验结果可知，泄气薄膜应当耐受靶机垂直下落过程中的压力(≤200kPa)，且不耐受气囊缓冲时的压力(≥300kPa)，可以使得气囊缓冲瞬 间泄气薄膜破裂，即可快速泄气，避免瞬间弹跳。

利用上述气囊构建如图3所示的新型气囊减震装置，其中1为驱动控制盒，2为 鼓风机，3为送气管路，4为气囊，5为泄气薄膜，6为光敏传感器。驱动控制盒为 采用现有的可编程无刷直流电机驱动器，自其带有数字信号输入接口，可外接光敏 传感器，对于鼓风机的充气功率可以在驱动控制盒预先设定。鼓风机通常安装在无 人机机身上，其核心部件为直流无刷电机，其转速可通过驱动控制盒来调节，通过 送气管路向气囊注入气体。光敏传感器安装在所述气囊舱舱盖内侧，在打开舱盖时， 接收到光信号。在无人机着地后，光敏传感器被气囊遮挡，无法接受光信号。

当无人机达到稳降状态后，气囊舱盖开启将气囊抛出，安装在气囊舱盖上方的 光敏传感器因受自然光照射发送信号至驱动控制盒，驱动控制盒开启鼓风机以大风 量向气囊快速充气，当一定时间后气囊充满后驱动控制盒控制鼓风机以小风量向气 囊慢速充气，以维持气囊内部恒定气压(141kPa左右)。当无人机着地后，光敏传感 器被遮挡，驱动控制盒接收到光敏传感器的信号后控制鼓风机停止工作，同时，气 囊在进行缓冲时，囊体内气体被压缩，吸收冲击能量，压力升高到355kPa左右，泄 气薄膜破裂，气体通过泄气孔排出，及时释放吸收的能量。

另外，泄气薄膜可通过你胶黏剂粘贴在泄气孔上，本领域技术人员可以选用合 适的粘结剂使得粘结力至少大于气囊缓冲时的压力，保证在进行缓冲时发生泄气薄 膜破裂，而不是泄气薄膜脱离。

Claims (5)

1.一种无人机减震气囊，其特征在于，所述气囊充气后为圆柱体结构，两个圆形侧面上设有泄气孔，泄气孔上覆盖有可更换泄气薄膜。泄气薄膜耐受的压力值在200kPa～300kPa之间。

2.一种无人机气囊减震装置，包括权利要求1所述的气囊，所述气囊位于气囊舱中；用于对气囊充气的充气装置；用于气囊舱舱盖的开启状况以及无人机着地状况进行感应的传感器；以及驱动控制盒；传感器、充气装置分别与驱动控制盒相连。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述充气装置为鼓风机。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述传感器为光敏传感器，安装在所述气囊舱舱盖内侧，当舱盖打开时，光敏传感器采集到光信号；当无人机着地后，光敏传感器被遮挡，不再接收到光信号；光敏传感器将采集的光信号转换成电信号，发送至驱动控制盒。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，驱动控制盒的控制方法如下：当接受到来自光敏传感器的舱门开启信号，即开启鼓风机以最大风量向气囊快速充气；充满后以小风量向气囊慢速充气，以维持气囊内部恒定气压。当无人机着地后，光敏传感器被遮挡，驱动控制盒接收到光敏传感器的信号后控制鼓风机停止工作；囊体内气体被压缩，气囊内压力增大，泄气薄膜破裂，气囊通过泄气孔泄气。