CN112607006B - 一种无人直升机触地反馈式起落架系统 - Google Patents

一种无人直升机触地反馈式起落架系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人直升机触地反馈式起落架系统，包括常规滑撬式起落架、起落架机身接头、信号变送器、飞行控制计算机和舵机；所述常规滑撬式起落架通过4个起落架机身接头与无人直升机连接在一起；所述4个起落架机身接头分别为右前起落架机身接头、左前起落架机身接头、左后起落架机身接头及右后起落架机身接头；所述起落架机身接头包含压力传感器，通过载荷标定能够通过压力传感器测量加载在起落架机身接头上的载荷。该系统可以感知无人直升机与地面/舰面的接触状态并将接触状态告知飞行控制计算机或操纵手，飞行控制计算机或操纵手根据反馈的接触状态操纵无人直升机安全降落。

Description

一种无人直升机触地反馈式起落架系统
技术领域
本发明涉及无人飞行器起落架系统安全降落技术领域，尤其涉及一种无人直升机触地反馈式起落架系统。
背景技术
无人直升机具有垂直起降和悬停能力，且相对于有人直升机优势明显，它的制造和使用成本低，机动性强，可执行战场侦察、核工业检测等高风险任务。得益于近年来控制及电子技术的高速发展，无人直升机的性能显著提升，在农林植保、运输救援、测绘巡检等领域均得到了广泛应用。
起落架系统是无人直升机主要系统之一，其工作性能的好坏，直接影响到无人机的起飞、着陆性能和安全。起落架也是无人直升机上重要承力部件，在每次起降中都承担着无人直升机的全部重量及冲击载荷。有人直升机降落时，驾驶员处于直升机上，可直接感受直升机与地面(舰面)的接触状态，从而操纵直升机安全平稳的降落。而无人直升机由于取消了机上驾驶员，仅能通过机载近距高度计测量或操纵手目视判断无人直升机起落架与地面(舰面)的接触状态。其中机载近距高度计易受地面障碍物如杂草等的影响，而操纵手目视判断也易受环境及距离等的影响，这给无人直升机降落安全带来了隐患。
因此，可以感知无人直升机起落架与地面(舰面)接触状态的触地反馈式起落架系统就显得格外重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种无人直升机触地反馈式起落架系统，包括：常规滑撬式起落架、起落架机身接头、信号变送器、飞行控制计算机和舵机；
所述常规滑撬式起落架通过4个起落架机身接头与无人直升机连接在一起；所述4个起落架机身接头分别为右前起落架机身接头、左前起落架机身接头、左后起落架机身接头及右后起落架机身接头；
所述起落架机身接头包含压力传感器(每个起落架机身接头都有一个传感器)，通过载荷标定能够通过压力传感器测量加载在起落架机身接头上的载荷；
起落架机身接头上的压力传感器通过导线与信号变送器相连，信号变送器与飞行控制计算机相连，飞行控制计算机与舵机相连，舵机与无人直升机相连。
通过预先标定压力传感器输出电压与所受载荷之间的关系，压力传感器工作时输出的电压能够直接转换成无人直升机机体在起落架机身接头上引起的重力分量载荷。
用G1、G2、G3、及G4分别代表右前起落架机身接头、左前起落架机身接头、左后起落架机身接头及右后起落架机身接头上的载荷大小，当载荷为正时表示起落架机身接头受压，即起落架机身接头被机体向下压，在无人直升机降落过程中表示起落架已经触地；当值为负时表示起落架机身接头受拉；
设定坐标原点为无人直升机旋翼中心点在起落架机身接头所在平面的投影，Gc为无人直升机模拟重心载荷，Gc所在位置是起落架机身接头测量的无人直升机模拟重心，当无人直升机水平静置时，Gc所在位置就是无人直升机的重心，其值是4个起落架机身接头载荷之和；在无人直升机降落过程中，通过计算Gc的坐标(Xc、Yc)，并将其与原点坐标进行对比，评估无人直升机降落时起落架机身接头平面是否与地面平行，当(Xc、Yc)与原点坐标重合时起落架机身接头平面与地面平行，计算公式如下：
Figure BDA0002874118570000021
Figure BDA0002874118570000022
Figure BDA0002874118570000023
式中，Gi为第i个起落架机身接头的载荷，(Xc、Yc)为无人直升机模拟重心坐标，(Xi、Yi)为第i个起落架机身接头坐标。
当4个起落架机身接头上都受到了来自无人直升机机体的压载荷时，表示起落架已经触地，飞行控制计算机降低旋翼总距，使无人直升机完成降落程序。
设计一个阀值，当所有起落架机身接头上的压载荷都大于该阀值(对于500公斤级单旋翼带尾桨构型无人直升机，该阈值取10kg)时，允许飞行控制计算机降低旋翼总距，使无人直升机完成降落程序。
在地面风速较低(小于6米/秒)时，通过调整桨盘平面倾角将无人直升机模拟重心落到以原点为中心，半径为R(对于500公斤级单旋翼带尾桨构型无人直升机，R值取150mm)的圆内，然后飞行控制计算机降低旋翼总距，完成无人直升机降落。
无人直升机降落时，常规滑撬式起落架与地面接触，触地载荷通过常规滑撬式起落架与起落架机身接头传递至无人直升机，起落架机身接头中的压力传感器根据所受载荷输出载荷电压，载荷电压通过信号变送器传递至飞行控制计算机，飞行控制计算机根据四路载荷电压信号判断无人直升机与地面状态，飞行控制计算机输出控制信号至舵机，舵机控制无人直升机安全降落(飞行控制计算机根据四路载荷电压信号，计算Gc的坐标(Xc、Yc)，并将其与原点坐标对比，并控制舵机调整桨盘平面倾角，最终使Gc的坐标(Xc、Yc)与原点坐标重合。)。
本发明的有益效果：利用所述无人直升机触地反馈式起落架系统，在无人直升机降落时向飞行控制系统传递起落架与地面(舰面)接触的状态，便于飞行控制系统全面掌握无人直升机降落姿态，从而快速、精准地控制无人直升机着陆(着舰)，提高无人直升机着陆(着舰)过程的安全性。本系统可快速应用于普通滑撬式起落架无人直升机。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明无人直升机触地反馈式起落架系统结构示意图。
图2为本发明无人直升机模拟重心位置及大小示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种可以感知无人直升机起落架与地面(舰面)接触状态的触地反馈式起落架系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
如图1所示，无人直升机触地反馈式起落架系统包括：常规滑撬式起落架1、起落架机身接头2、信号变送器3、飞行控制计算机4、舵机5，无人直升机6。
所述起落架机身接头2包含压力传感器，通过载荷标定可以通过压力传感器测量加载在起落架机身接头2上的载荷。所述常规滑撬式起落架1通过4个起落架机身接头2与无人直升机6连接在一起。起落架机身接头2上的压力传感器通过导线与信号变送器3相连，信号变送器3与飞行控制计算机4相连，飞行控制计算机4与舵机5相连，舵机5与无人直升机6相连。
触地姿态感知原理：
通过预先标定压力传感器输出电压与所受载荷之间的关系，压力传感器工作时输出的电压可以直接转换成该无人直升机机体在起落架机身接头上引起的重力分量载荷。由于各接口相对于机身的位置是确定的，因而可以通过计算，得出当前无人直升机的模拟重心。
如图2所示，G1、G2、G3、及G4分别代表右前起落架机身接头、左前起落架机身接头、左后起落架机身接头及右后起落架机身接头上的载荷大小，当值为正时代表该起落架机身接头受压，即该起落架机身接头被机体向下压，在无人直升机降落过程中意味着该起落架已经触地，当值为负时代表该起落架机身接头受拉，如后起落架机身接头受拉，则代表滑橇前段触地，在杠杆效应下，后起落架机身接头受拉。图中坐标原点为旋翼中心点在起落架机身接头所在平面的投影，该点实际上是无人直升机理想重心位置。Gc为无人直升机模拟重心载荷，Gc所在位置是起落架机身接头测量的无人直升机模拟重心，当无人直升机水平静置时，Gc所在位置就是无人直升机的重心，其值是4个起落架机身接头载荷之和。在无人直升机降落过程中，通过计算Gc的坐标(Xc、Yc)，并将其与原点坐标进行对比，评估无人直升机降落时起落架机身接头平面是否与地面平行，当(Xc、Yc)与原点坐标重合时起落架机身接头平面与地面平行。
对各参数，有如下公式：
Figure BDA0002874118570000041
Figure BDA0002874118570000042
Figure BDA0002874118570000043
式中，Gi为起落架机身接头载荷，(Xc、Yc)为无人直升机模拟重心坐标，(Xi、Yi)为起落架机身接头坐标。
一般来说，当直升机四个起落架机身接头上都受到了来自机体的压载荷时，就证明了起落架已经实实在在触地了，飞行控制计算机可以快速降低旋翼总距，使直升机快速完成降落程序。
考虑到传感器可能存在一定的测量误差，以及可能受到机载设备或者地面设备的电磁干扰，可以设计一个阀值，当所有起落架机身接头上的压载荷都大于该阀值时，可以允许飞行控制计算机快速降低总距，实现降落。
为进一步提高降落过程的安全性，在地面风速较低时，不需要过于追求降落速度。可以通过调整桨盘平面倾角将模拟重心落到以原点为中心，半径为R的圆内(图2中阴影部分)，然后快速降低总距，完成无人直升机降落。
具体工作过程是：无人直升机降落时，所述常规滑撬式起落架1与地面/舰面接触，触地载荷通过常规滑撬式起落架1与起落架机身接头2传递至无人直升机6，起落架机身接头2中的压力传感器根据所受载荷输出载荷电压，载荷电压通过信号变送器3传递至飞行控制计算机4，飞行控制计算机根据4路载荷电压信号判断无人直升机与地面/舰面状态，飞行控制计算机输出控制信号至舵机5，舵机5控制无人直升机6安全降落。
本发明提供了一种无人直升机触地反馈式起落架系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种无人直升机触地反馈式起落架系统，其特征在于，包括：常规滑撬式起落架、起落架机身接头、信号变送器、飞行控制计算机和舵机；
所述常规滑撬式起落架通过4个起落架机身接头与无人直升机连接在一起；所述4个起落架机身接头分别为右前起落架机身接头、左前起落架机身接头、左后起落架机身接头及右后起落架机身接头；
所述起落架机身接头包含压力传感器，通过载荷标定能够通过压力传感器测量加载在起落架机身接头上的载荷；
起落架机身接头上的压力传感器通过导线与信号变送器相连，信号变送器与飞行控制计算机相连，飞行控制计算机与舵机相连，舵机与无人直升机相连；
通过预先标定压力传感器输出电压与所受载荷之间的关系，压力传感器工作时输出的电压能够直接转换成无人直升机机体在起落架机身接头上引起的重力分量载荷；
用G1、G2、G3、及G4分别代表右前起落架机身接头、左前起落架机身接头、左后起落架机身接头及右后起落架机身接头上的载荷大小，当载荷为正时表示起落架机身接头受压，即起落架机身接头被机体向下压，在无人直升机降落过程中表示起落架已经触地；当值为负时表示起落架机身接头受拉；
设定坐标原点为无人直升机旋翼中心点在起落架机身接头所在平面的投影，Gc为无人直升机模拟重心载荷，Gc所在位置是起落架机身接头测量的无人直升机模拟重心，当无人直升机水平静置时，Gc所在位置就是无人直升机的重心，其值是4个起落架机身接头载荷之和；在无人直升机降落过程中，通过计算Gc的坐标(Xc、Yc)，并将其与原点坐标进行对比，评估无人直升机降落时起落架机身接头平面是否与地面平行，当(Xc、Yc)与原点坐标重合时起落架机身接头平面与地面平行，计算公式如下：
Figure FDA0003475396710000011
Figure FDA0003475396710000012
Figure FDA0003475396710000013
式中，i为第i个起落架机身接头的载荷，(Xc、Yc)为无人直升机模拟重心坐标，(Xi、Yi)为第i个起落架机身接头坐标；
当4个起落架机身接头上都受到了来自无人直升机机体的压载荷时，表示起落架已经触地，飞行控制计算机降低旋翼总距，使无人直升机完成降落程序。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设计一个阀值，当所有起落架机身接头上的压载荷都大于该阀值时，允许飞行控制计算机降低旋翼总距，使无人直升机完成降落程序。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在地面风速较低时，通过调整桨盘平面倾角将无人直升机模拟重心落到以原点为中心，半径为R的圆内，然后飞行控制计算机降低旋翼总距，完成无人直升机降落。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，无人直升机降落时，常规滑撬式起落架与地面接触，触地载荷通过常规滑撬式起落架与起落架机身接头传递至无人直升机，起落架机身接头中的压力传感器根据所受载荷输出载荷电压，载荷电压通过信号变送器传递至飞行控制计算机，飞行控制计算机根据四路载荷电压信号判断无人直升机与地面状态，飞行控制计算机输出控制信号至舵机，舵机控制无人直升机安全降落。
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