CN112224417A - 一种装备模块化嵌入式起落装置的飞行器及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装备模块化嵌入式起落装置的飞行器及其应用方法，包括飞行器，还包括模块化起落装置，所述模块化起落装置与飞行器分开设置；所述飞行器上设有飞行器后起落架对接装置和飞行器前起落架对接装置，模块化起落装置通过飞行器后起落架对接装置、飞行器前起落架对接装置与飞行器进行空中嵌入与分离。本发明通过将模块化起落装置独立于飞行器主体进行模块化设计，根据飞行器状态，改变模块化起落装置与飞行器的连接关系，在优化起落装置高效功能实现的同时，避免了起落架收放机构的设计，降低了对总体设计的限制因素；同时由于无需负载起落架飞行，还节省空间、降低油耗、且提高了航程。

Description

一种装备模块化嵌入式起落装置的飞行器及其应用方法
技术领域
本发明涉及飞行器起落架技术，具体涉及一种装备模块化嵌入式起落装置的飞行器及其应用方法。
背景技术
起落架系统作为飞行器的重要组成部分，在飞行器实现起飞、降落及在运载平台上停放、移动功能时发挥了重要作用。然而，在飞行器处于飞行状态时，起落架系统不仅没有作用，还会对飞行器的气动效果造成严重损失。随着飞行器的发展，飞行器的飞行速度越来越快，对飞行器的速度、油耗及起落架部件受损也越来越大。为避免上述情况的发生，现代飞行器在设计时，基本都会将起落架系统设计为可收放结构，但却因此加大了飞行器设计的复杂程度，增加了飞行器飞行死重及机体布局限制因素，尤其严重影响到战斗机的挂载性能；同时，基于总体设计的多方面因素限制，使得起落架系统所承受的过载系数及安全系数较低，降低了飞行器的可靠性。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种起落架系统独立于飞行器主体的，能够降低飞行器飞的行死重，同时，提高飞行器挂载性能的一种装备模块化嵌入式起落装置的飞行器及其应用方法。
技术方案：本发明的装备模块化嵌入式起落装置的飞行器，包括飞行器，还包括模块化起落装置，所述模块化起落装置与飞行器分开设置；所述飞行器上设有飞行器后起落架对接装置和飞行器前起落架对接装置，模块化起落装置通过飞行器后起落架对接装置、飞行器前起落架对接装置与飞行器进行空中嵌入与分离；所述模块化起落装置包括推进器、对接装置、无线控制系统；所述推进器可收放，用于为模块化起落装置的起降及姿态变化提供操控动力，并为模块化起落装置提供垂直起降及空中悬停能力；所述对接装置装配在模块化起落装置顶部，模块化起落装置的对接装置与飞行器进行空中嵌入与分离；所述无线控制系统控制模块化起落装置的独立起飞、脱离后返程降落运动。
所述对接装置根据位置布局选择与飞行器后起落架对接装置或飞行器前起落架对接装置的配套机构。
所述模块化起落装置还包括多个着陆装置，多个着陆装置均匀设置在模块化起落装置侧面的同一高度上，且靠近模块化起落装置底部设置。
还包括机载计算机视觉系统和机载飞行控制系统，所述机载计算机视觉系统识别、计算并预测飞行器与模块化起落装置的相对位置、姿态所涉及的运动参数；所述机载飞行控制系统控制飞行器的飞行。
所述无线控制系统在模块化起落装置与飞行器进行空中嵌入前将模块化起落装置的飞行控制权转交给机载飞行控制系统。
还包括多个基座，所述基座设置在模块化起落装置底部周围，用于支撑模块化起落装置；在模块化起落装置静止状态下，基座将模块化起落装置与运载平台固连；当模块化起落装置起飞时为其提供弹射力。
本发明还包括一种装备模块化嵌入式起落装置的飞行器的应用方法，包括以下步骤：
(一)飞行器在运载平台或地面停放时，模块化起落装置通过飞行器后起落架对接装置和飞行器前起落架对接装置与飞行器连接；
(二)飞行器起飞并达到预定巡航速度时，通过飞行器后起落架对接装置和飞行器前起落架对接装置控制模块化起落装置与飞行器分离，模块化起落装置返回运载平台或地面；
(三)飞行器完成任务返程准备降落前，模块化起落装置起飞，当模块化起落装置飞行位置与飞行器接近并且飞行速度与飞行器相对同步后，模块化起落装置嵌入飞行器，飞行器开始降落。
步骤(二)中，所述模块化起落装置返回运载平台或地面过程中，推进器展开控制模块化起落装置返程；模块化起落装置降落前着陆装置展开，实现模块化起落装置的安全降落，并通过基座将模块化起落装置固定在运载平台或地面上。
步骤(三)中，所述模块化起落装置嵌入飞行器包括以下步骤：
(3.1)机载计算机视觉系统识别模块化起落装置的特征图案，并根据识别的特征图案求解飞行器与模块化起落装置的相对位置、姿态所涉及的运动参数；同时，机载计算机视觉系统对飞行器自身的飞行姿态变化进行预估；
(3.2)无线控制系统将模块化起落装置的飞行控制权交给机载飞行控制系统；
(3.3)机载飞行控制系统根据步骤(3.1)计算的运动参数和预估结果，控制模块化起落装置在飞行器的静息期完成空间嵌入。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)本发明将模块化起落装置独立于飞行器主体，根据飞行器不同的工作状态，调节模块化起落装置与飞行器的连接关系，使得飞行器在模块化起落装置不发挥功效的飞行状态时无需承载模块化起落装置一同飞行，降低了飞行器飞行死重；(2)本发明模块化起落装置不收进飞行器内，减少了飞行器总体对模块化起落装置的限制因素，使得模块化起落装置在设计时更为灵活且提高了可靠性；(3)本发明采用外附式的连接方案代替了起落架的收放机构，简化了设计难度的同时节省了机体空间，降低了飞行器机体内布局限制因素，提高了飞行器挂载性能。
附图说明
图1为本发明所述装备模块化嵌入式起落装置的飞行器的结构示意图；
图2为图1中模块化起落装置实施例一的结构示意图；
图3为图1中模块化起落装置实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，本发明的装备模块化嵌入式起落装置的飞行器，包括飞行器1、模块化起落装置4、机载计算机视觉系统5、机载飞行控制系统6和多个基座7。模块化起落装置4独立于飞行器1，且具有独立起降和飞行能力。根据飞行器总体设计要求在机体上设有飞行器后起落架对接装置2和飞行器前起落架对接装置3。根据飞行器1的布局，相应数量与型号的模块化起落装置4通过飞行器后起落架对接装置2、飞行器前起落架对接装置3与飞行器1进行空中嵌入与分离。飞行器后起落架对接装置2与飞行器前起落架对接装置3的设置确保模块化起落装置4与飞行器1连接状态下在运载平台上停放及空中巡航时可以保持飞行器1的稳定性。基座7设置在模块化起落装置4底部周围，用于支撑模块化起落装置4基座7在模块化起落装置4静止状态下，将模块化起落装置4与运载平台固连，并具有对模块化起落装置4的起降提供弹射等辅助作业的功能。
如图1和图2所示，模块化起落装置4包括推进器41、对接装置42、多个着陆装置43、无线控制系统44。推进器41用于为模块化起落装置4的起降及姿态变化提供操控动力，并为模块化起落装置4提供垂直起降及空中悬停能力。对接装置42装配在模块化起落装置4顶部，并根据位置布局选择与飞行器后起落架对接装置2或飞行器前起落架对接装置3的配套机构；通过对接装置42与飞行器后起落架对接装置2或飞行器前起落架对接装置3的对接和分离实现模块化起落装置4与飞行器1的嵌入与分离。多个着陆装置43均匀设置在模块化起落装置4侧面的同一高度上，且靠近模块化起落装置4底部设置，能够为模块化起落装置4提供地面停放及起降状态的缓冲降载等保护作用。无线控制系统44根据地面系统发出的信号来控制模块化起落装置4的独立起飞、脱离后返程降落运动，以及空中嵌入前的模块化起落装置4飞行控制权转交。本实施例中，推进器41、对接装置42、多个着陆装置43可收放。
如图2所示，实施例一中，第一推进器411有多个，均匀分布在模块化起落装置4侧面的上半部分，采用的动力方式为多旋翼动力，且第一推进器411具有收放能力。第一对接装置421设置在模块化起落装置4顶部中央。第一着陆装置431设置在相邻两个第一推进器411之间，多个第一着陆装置431也具有收放能力。第一无线控制系统441设置在模块化起落装置4底部。
如图3所示，实施例二中，第二推进器412设置在模块化起落装置4底部，第二推进器412采用的动力方式为喷气的动力系统。第二对接装置422的位置也设置在模块化起落装置4顶部中央。第二着陆装置432沿模块化起落装置4侧面底边设置，多个第二着陆装置432也具有收放能力。无线控制系统44设于模块化起落装置4顶面。
如图1所示，机载计算机视觉系统5识别模块化起落装置的特征图案，识别的特征图案作为图像信息提前储备进计算机系统，用于飞行器1与模块化起落装置4之间的精确位置同步。机载计算机视觉系统5根据识别的特征图案求解飞行器1与模块化起落装置4的相对位置、姿态等运动参数，当模块化起落装置4飞行位置与飞行器1接近并且飞行速度与飞行器1相对同步后，通过无线控制系统44将模块化起落装置4的飞行控制权交由机载飞行控制系统6控制；同时，机载计算机视觉系统5还对飞行器1自身的飞行姿态变化进行预估，通过机载飞行控制系统6尽量保证模块化起落装置4在与飞行器1的静息期完成空间嵌入。模块化起落装置4与飞行器1脱离后，机载飞行控制系统6将模块化起落装置4的飞行控制权由转交回无线控制系统44由地面系统操纵。
飞行器停放时，模块化起落装置4通过飞行器后起落架对接装置2、飞行器前起落架对接装置3与飞行器1连接，实现传统的负载及移动功能；飞行器起飞后，模块化起落装置4与飞行器1分离，模块化起落装置4通过推进器41控制并降落于基座7，飞行器降落前，模块化起落装置4通过推进器41起飞并与飞行器后起落架对接装置2、飞行器前起落架对接装置3连接。
本发明还包括一种装备模块化嵌入式起落装置的飞行器的应用方法，具体包括以下步骤：
(一)飞行器1在运载平台或地面停放时，模块化起落装置4通过飞行器后起落架对接装置2和飞行器前起落架对接装置3与飞行器1连接，保证飞行器1的停放稳定性，并实现负载、停放及地面移动功能；
(二)飞行器1起飞并达到预定巡航速度时，通过飞行器后起落架对接装置2和飞行器前起落架对接装置3控制模块化起落装置4与飞行器1分离，对接装置42收纳进模块化起落装置4，机载飞行控制系统6将模块化起落装置4的飞行控制权转交回地面操纵系统；推进器41展开后控制模块化起落装置4返程；降落前着陆装置43展开，安全实施模块化起落装置4降落，并通过基座7将模块化起落装置4固定在运载平台或地面上；
(三)飞行器1完成任务返程准备降落前，根据即将着陆的飞行器1型号，飞行器后起落架对接装置2和飞行器前起落架对接装置3相应数量的起落架通过基座7辅助起飞；当模块化起落装置4飞行位置与飞行器1接近并且飞行速度与飞行器1相对同步后，模块化起落装置4嵌入飞行器1，成功嵌入后推进器41、对接装置42、着陆装置43等可收放部件进行收纳，随后实施飞行器1的常规降落。
步骤(三)中，模块化起落装置4嵌入飞行器1包括以下步骤：
(3.1)机载计算机视觉系统5识别模块化起落装置的特征图案，通过模块化起落装置特征图案的目标识别求解飞行器1与模块化起落装置4的相对位置、姿态所涉及的运动参数；同时，机载计算机视觉系统5对飞行器1自身的飞行姿态变化进行预估；
(3.2)无线控制系统44将模块化起落装置4的飞行控制权交给机载飞行控制系统6；
(3.3)机载飞行控制系统6根据步骤(3.1)计算的运动参数和预估结果，控制模块化起落装置4在飞行器1的静息期完成空间嵌入。

Claims (9)

1.一种装备模块化嵌入式起落装置的飞行器，包括飞行器(1)，其特征在于：还包括模块化起落装置(4)，所述模块化起落装置(4)与飞行器(1)分开设置；所述飞行器(1)上设有飞行器后起落架对接装置(2)和飞行器前起落架对接装置(3)，模块化起落装置(4)通过飞行器后起落架对接装置(2)、飞行器前起落架对接装置(3)与飞行器(1)进行空中嵌入与分离；
所述模块化起落装置(4)包括推进器(41)、对接装置(42)、无线控制系统(44)；所述推进器(41)可收放，用于为模块化起落装置(4)的起降及姿态变化提供操控动力，并为模块化起落装置(4)提供垂直起降及空中悬停能力；
所述对接装置(42)装配在模块化起落装置(4)顶部，模块化起落装置(4)的对接装置(42)与飞行器(1)进行空中嵌入与分离；
所述无线控制系统(44)控制模块化起落装置(4)的独立起飞、脱离后返程降落运动。
2.根据权利要求1所述装备模块化嵌入式起落装置的飞行器，其特征在于：所述对接装置(42)根据位置布局选择与飞行器后起落架对接装置(2)或飞行器前起落架对接装置(3)的配套机构。
3.根据权利要求2所述装备模块化嵌入式起落装置的飞行器，其特征在于：所述模块化起落装置(4)还包括多个着陆装置(43)，多个着陆装置(43)均匀设置在模块化起落装置(4)侧面的同一高度上，且靠近模块化起落装置(4)底部设置。
4.根据权利要求1所述装备模块化嵌入式起落装置的飞行器，其特征在于：还包括机载计算机视觉系统(5)和机载飞行控制系统(6)，所述机载计算机视觉系统(5)识别、计算并预测飞行器(1)与模块化起落装置(4)的相对位置、姿态变化所涉及的运动参数；所述机载飞行控制系统(6)控制飞行器(1)的飞行。
5.根据权利要求4所述装备模块化嵌入式起落装置的飞行器，其特征在于：所述无线控制系统(44)在模块化起落装置(4)与飞行器(1)进行空中嵌入前将模块化起落装置(4)的飞行控制权转交给机载飞行控制系统(6)。
6.根据权利要求1所述装备模块化嵌入式起落装置的飞行器，其特征在于：还包括多个基座(7)，所述基座(7)设置在模块化起落装置(4)底部周围，用于支撑模块化起落装置(4)；在模块化起落装置(4)静止状态下，基座(7)将模块化起落装置(4)与运载平台固连；当模块化起落装置(4)起飞时为其提供弹射力。
7.根据权利要求1至6任一项所述装备模块化嵌入式起落装置的飞行器的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)飞行器(1)在运载平台或地面停放时，模块化起落装置(4)通过飞行器后起落架对接装置(2)和飞行器前起落架对接装置(3)与飞行器(1)连接；
(二)飞行器(1)起飞并达到预定巡航速度时，通过飞行器后起落架对接装置(2)和飞行器前起落架对接装置(3)控制模块化起落装置(4)与飞行器(1)分离，模块化起落装置(4)返回运载平台或地面；
(三)飞行器(1)完成任务返程准备降落前，模块化起落装置(4)起飞，当模块化起落装置(4)飞行位置与飞行器(1)接近并且飞行速度与飞行器(1)相对同步后，模块化起落装置(4)嵌入飞行器(1)，飞行器(1)开始降落。
8.根据权利要求7所述装备模块化嵌入式起落装置的飞行器的应用方法，其特征在于：步骤(二)中，所述模块化起落装置(4)返回运载平台或地面过程中，推进器(41)展开控制模块化起落装置(4)返程；模块化起落装置(4)降落前着陆装置(43)展开，实现模块化起落装置(4)的安全降落，并通过模块化起落装置固定基座(7)将模块化起落装置(4)固定在运载平台或地面上。
9.根据权利要求8所述装备模块化嵌入式起落装置的飞行器的应用方法，其特征在于，步骤(三)中，所述模块化起落装置(4)嵌入飞行器(1)包括以下步骤：
(3.1)机载计算机视觉系统(5)识别模块化起落装置(4)的特征图案，并根据识别的特征图案求解飞行器(1)与模块化起落装置(4)的相对位置、姿态所涉及的运动参数；同时，机载计算机视觉系统(5)对飞行器(1)自身的飞行姿态变化进行预估；
(3.2)无线控制系统(44)将模块化起落装置(4)的飞行控制权交给机载飞行控制系统(6)；
(3.3)机载飞行控制系统(6)根据步骤(3.1)计算的运动参数和预估结果，控制模块化起落装置(4)在飞行器(1)的静息期完成空间嵌入。
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