CN112744360A - 一种无人机水上回收装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人机水上回收装置和方法，包括降落伞装置、船型气囊装置、信标装置、充气装置和控制装置，控制装置分别与降落伞装置、船型气囊装置、充气装置和信标装置连接，向各装置发送打开信号；降落伞装置安装于无人机内部舱段，接收到控制装置的开伞信号后打开；船型气囊装置紧贴于机身下部，保型安装，外部设有整流罩，接收到控制装置的打开信号后打开并充气；信标装置设于气囊装置前部，接收到控制装置的打开信号后打开，充气装置对船型气囊装置和信标装置充气。本发明使无人机整机漂浮于水上，避免浸泡于水中，大大降低防水密封和防腐蚀要求。

Description

一种无人机水上回收装置和方法

技术领域

本发明无人机回收技术领域，具体涉及一种无人机水上回收装置和方法。

背景技术

中国的海洋面积宽广，为维护海洋安全，捍卫国家海洋权益，发展海上无人机技术至关重要。在未来的海洋活动中，无人机在物资运输、人员救援及海上作战等方面将会发挥重要的作用。无人机水上回收技术，则是制约海上无人机技术发展的关键技术。由于不具备常规跑道，固定翼无人机的水上回收技术是发展重点。

当前固定翼无人机水上回收方法有撞网回收、拦阻索回收、天钩回收、侧臂回收、入水漂浮回收、尾座式回收、水上降落等。其中，撞网、拦阻索、天钩、侧臂回收方式需要无人具有较高的引导控制精度，并且需要舰船或沿岸设置大型回收装置；尾座式回收需要无人机具备悬停控制能力和模态转换能力，技术难度较大；水上降落需要设计浮筒和船形机身，对飞行性能影响较大；入水漂浮式回收需要无人机具备良好的防水密封性能和漂浮性能，但进气道、发动机、空速管等无法密封处需具备较好的耐腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无人机水上回收装置和方法。本发明方案能够解决上述现有技术中存`在的问题。

本发明的技术解决方案：

根据第一方面，提供一种无人机水上回收装置，包括降落伞装置、船型气囊装置、信标装置、充气装置和控制装置，所述的控制装置分别与降落伞装置、船型气囊装置、充气装置和信标装置连接，根据无人机所处的状态，向各装置发送打开信号；所述的降落伞装置安装于无人机内部舱段，接收到控制装置的开伞信号后打开；所述的船型气囊装置紧贴于机身下部，保型安装，外部设有整流罩，接收到控制装置的打开信号后打开并充气，在无人机降落到水上时起到托举无人机水上漂浮并封堵发动机尾喷口的功能；所述的信标装置设于气囊装置前部，接收到控制装置的打开信号后打开，所述的充气装置位于机舱内部，与船型气囊装置和信标装置相连，接收到控制装置的开始信号后，对船型气囊装置和信标装置充气。

进一步的，所述的降落伞装置中降落伞的大小和重量根据无人机的重量和设计要求确定。

进一步的，所述的降落伞装置设有收口装置和分离装置，所述的收口装置用于调整降落伞打开的程度，所述的分离装置用于船型气囊装置触水后降落伞与无人机的分离。

进一步的，所述的船型气囊装置由翻边和底部组成，翻边位于底部四周，翻边高度大于无人机发动机尾喷口，小于无人机机翼的底面高度，且船型气囊装置的后部翻边内侧与无人机发动机尾喷口紧密接触，所述的底部为平面或V 字形。

进一步的，所述船型气囊装置翻边和底部组成的腔体长度大于无人机的机体总长，宽度小于无人机机翼翼展，大于无人机尾翼翼展。

进一步的，所述的船型气囊装置产生的浮力大于无人机的重力。

进一步的，所述的信标装置由信标、拖曳环和充气式撑杆组成，所述的信标为位置发送装置，在落水后发送自身位置，所述的拖拽环用于拖拽过程中与拖拽装置固定，所述的充气式撑杆在触水后自动充气，将信标和拖曳环前伸。

进一步的，所述的充气式撑杆充气后的长度超过5米。

进一步的，所述的信标和拖曳环一体化设计。

进一步的，所述的充气装置可为储气或燃气装置。

根据第二方面，提供上述一种无人机水上回收方法，包括以下步骤：

无人机收到回收指令后，降落伞装置打开；

距离水面一定高度时，对船型气囊装置进行充气，直至完全充满；

船型气囊装置触水后，降落伞装置与无人机分离，船型气囊装置浮在水面上托住无人机并封堵发动机尾喷口，信标的充气式撑杆充气，将信标和拖拽环前伸；

信标发送自身位置信息；

周边回收舰船接收到位置信息后，通过拖曳环将无人机拖至指定位置。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明采用船形气囊设计，无人机整机漂浮于水上，避免浸泡于水中，大大降低防水密封和防腐蚀要求。

(2)本发明采用船型气囊的翻边的设计，封堵发动机尾喷口，减少无人机发送机进水的可能，并且通过翻边支撑机翼，减小无人机因不稳固导致船型气囊侧翻的情况。

(3)本发明采用保型设计船形气囊，完全贴合于无人机下表面，并在外安装整流罩，降低空气阻力，不破坏无人机的气动外形。

(4)本发明采用信标与拖曳环合一，并且采用充气式撑杆设计，使得信标装置结构紧凑，并且使得拖曳环固定位置远离无人机，降低回收安全风险。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例提供的一种无人机水上回收装置示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的一种无人机水上回收过程示意图；

图3示出了根据本发明实施例提供的船型气囊装置安装状态示意图；

图4示出了根据本发明实施例提供的船型气囊打开状态示意图；

图5(a)、5(b)示出了根据本发明实施例提供的船型气囊外的整流罩示意图上述附图包含以下附图标记：

1、降落伞装置；2、船形气囊(折叠)；3、信标装置(折叠)；4、船形气囊(展开)；5、信标装置(展开)6、无人机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明实施例，一种无人机水上回收装置，包括降落伞装置、船型气囊装置、信标装置、充气装置和控制装置，

控制装置分别与降落伞装置、船型气囊装置、充气装置和信标装置连接，根据无人机所处的状态，向各装置发送打开信号，包括接收到回收指令时的降落伞装置打开信号、降落伞装置的收口打开信号、降落伞装置的分离信号，船型气囊的打开信号、充气装置对船型气囊的充气信号、充气装置对充气撑杆的充气信号、信标装置的打开信号和信标装置发送定位信息信号；

降落伞装置安装于无人机内部舱段，接收到控制装置的开伞信号后打开，在一个实施例中，降落伞装置中降落伞的大小和重量根据无人机的重量和设计要求确定。

在一个实施例中，降落伞装置设有收口装置和分离装置，收口装置用于调整降落伞打开的程度，通过控制降落伞打开的程度使无人机减速和稳降状态转换，分离装置用于船型气囊装置触水后降落伞与无人机的分离。

船型气囊装置紧贴于机身下部，保型安装，外部设有整流罩，如图5(a)5(b)所示，接收到控制装置的打开信号后打开并充气，在无人机降落到水上时起到托举无人机水上漂浮并封堵发动机尾喷口，船型气囊装置产生的浮力大于无人机的重力。在一个实施例中，船型气囊装置由翻边和底部组成，翻边位于底部四周，翻边高度大于无人机发动机尾喷口高度，小于无人机机翼的底面高度，且船型气囊装置的后部翻边内侧与无人机发动机尾喷口紧密接触，通过翻边的设计，可以封堵发动机尾喷口，防止发动机进水，并且可以支撑两边的机翼，使无人机在船型气囊装置上更稳固，避免侧翻。在一个实施例中，底部为平面或V字形，在其他实施例中可以为其他的形状。

如图4所示，在一个实施例中，船型气囊装置翻边和底部组成的腔体长度大于无人机的机体总长，宽度小于无人机机翼翼展，大于无人机尾翼翼展，船型气囊装置产生的浮力大于无人机的重力。

如图4所示，信标装置设于气囊装置前部，接收到控制装置的打开信号后打开，在一个实施例中，信标装置由信标、拖曳环和充气式撑杆组成，信标为位置发送装置，在落水后发送自身位置，拖拽环用于拖拽过程中与拖拽装置固定，充气式撑杆在触水后自动充气，将信标和拖曳环前伸，在一个实施例中，充气式撑杆的长度超过5米，防止在拖拽过程中，无人机与拖拽船体发生碰撞；在一个实施例中，信标和拖曳环一体化设计，以减小体积。

充气装置与船型气囊装置和信标装置相连，接收到控制装置的信号后，对船型气囊装置和信标装置充气，在一个实施例中，充气装置可为储气或燃气装置。

根据另一个实施例，提供上述一种无人机水上回收方法，包括以下步骤：

步骤一，无人机收到回收指令后，降落伞装置打开；

步骤二，距离水面一定高度时，对船型气囊装置进行充气，直至完全充满；

步骤三，船型气囊装置触水后，降落伞装置与无人机分离，船型气囊装置浮在水面上托住无人机并封堵发动机尾喷口，信标的充气式撑杆充气，将信标和拖拽环前伸；

步骤四，信标发送自身位置信息；

步骤五，周边回收舰船接收到位置信息后，通过拖曳环将无人机拖至指定位置。

为更好的理解本发明，在一个具体的实施例中，无人机6机长4.1m，机身直径0.4m，翼展1.6m，整机重量200kg。船形气囊2在折叠状态下全长3.5m，折叠后最大厚度0.1m，其上表面紧贴于无人机6机体下表面，下表面呈圆弧型，并在外部设计圆弧形整流罩，展开状态船形气囊2总体积为920L，可产生浮力远大于无人机6重力，保证无人机6在水上处于漂浮状态。

船形气囊2带有翻边，翻边高度为0.4m，翻边宽度为0.3m，翻边高于发动机尾喷口，可对尾喷口进行辅助防水密封。展开状态船形气囊2总长度为4.8m，长于无人机6机体长度，可以保证整机离开水面；宽度为1.4米，保证侧面翻边支撑无人机6左右机翼，保证无人机6在船形气囊2上的稳定性。展开状态船形气囊2上表面为带翻边平面，下表面同样为平面。

信标装置中的充气式撑杆在触水后自动充气，将信标和拖曳环前伸10m，保证回收拖曳舰艇和无人机的安全。充气装置采用储气瓶充气。控制装置采用无人机的飞控系统。

如图2所示，在一个具体的实施例中，工作流程如下：

步骤一，无人机6到达指定回收海域，无人机6降低飞行速度并发出回收指令，降落伞装置1打开；

步骤二，降落伞装置1在空气阻力的作用下充气张满，初期降落伞装置的收口装置收口，对无人机6进行进一步减速，随后收口装置打开收口，无人机6逐步开始向下稳定下降；

步骤三，稳定下降过程中，距离水面约50m时，飞控系统发出船型气囊装置充气指令，充气装置电磁阀打开，储气瓶内气体进入船形气囊装置3，随着压力逐渐增大，冲破保型整流罩，直至完全充满；

步骤四，船形气囊装置3触水，柔性变形吸收部分冲击能量，托举无人机6漂浮在水面并辅助封堵发动机尾喷口，信标装置3同时触水充气，向前伸出10m；

步骤五，信标装置4发出定位信息，周边舰船搜寻到后，通过信标装置4 上拖曳环将无人机拖至指定位置，利用吊车将无人机回收至舰船或岸基基地。

综上，本发明提供的无人机水上回收装置和方法，相比于现有技术至少具有以下优势：

(1)采用船形气囊设计，无人机整机漂浮于水上，避免浸泡于水中，大大降低防水密封和防腐蚀要求。

(2)采用船型气囊的翻边的设计，封堵发动机尾喷口，减少无人机发送机进水的可能，并且通过翻边支撑机翼，减小无人机因不稳固导致船型气囊侧翻的情况。

(3)采用保型设计船形气囊，完全贴合于无人机下表面，并在外安装整流罩，降低空气阻力，不破坏无人机的气动外形。

(4)采用信标与拖曳环合一，并且采用充气式撑杆设计，使得信标装置结构紧凑，并且使得拖曳环固定位置远离无人机，降低回收安全风险。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机水上回收装置，其特征在于，包括降落伞装置、船型气囊装置、信标装置、充气装置和控制装置，所述的控制装置分别与降落伞装置、船型气囊装置、充气装置和信标装置连接，根据无人机所处的状态，向各装置发送打开信号；所述的降落伞装置安装于无人机内部舱段，接收到控制装置的开伞信号后打开；所述的船型气囊装置紧贴于机身下部，保型安装，外部设有整流罩，接收到控制装置的打开信号后打开并充气，在无人机降落到水上时起到托举无人机水上漂浮并封堵发动机尾喷口的功能；所述的信标装置设于气囊装置前部，接收到控制装置的打开信号后打开，所述的充气装置位于机舱内部，与船型气囊装置和信标装置相连，接收到控制装置的开始信号后，对船型气囊装置和信标装置充气。

2.根据权利要求1所述的一种无人机水上回收装置，其特征在于，所述的降落伞装置中降落伞的大小和重量根据无人机的重量和设计要求确定。

3.根据权利要求1或2所述的一种无人机水上回收装置，其特征在于，所述的降落伞装置设有收口装置和分离装置，所述的收口装置用于调整降落伞打开的程度，所述的分离装置用于船型气囊装置触水后降落伞与无人机的分离。

4.根据权利要求1所述的一种无人机水上回收装置，其特征在于，所述的船型气囊装置由翻边和底部组成，翻边位于底部四周，翻边高度大于无人机发动机尾喷口高度，小于无人机机翼的底面高度，且船型气囊装置的后部翻边内侧与无人机发动机尾喷口紧密接触，所述的底部为平面或V字形。

5.根据权利要求4所述的一种无人机水上回收装置，其特征在于所述船型气囊装置翻边和底部组成的腔体长度大于无人机的机体总长，宽度小于无人机机翼翼展，大于无人机尾翼翼展。

6.根据权利要求4或5所述的一种无人机水上回收装置，其特征在于，所述的船型气囊装置产生的浮力大于无人机的重力。

7.根据权利要求1所述的一种无人机水上回收装置，其特征在于，所述的信标装置由信标、拖曳环和充气式撑杆组成，所述的信标为位置发送装置，在落水后发送自身位置，所述的拖拽环用于拖拽过程中与拖拽装置固定，所述的充气式撑杆在触水后自动充气，将信标和拖曳环前伸。

8.根据权利要求7所述的一种无人机水上回收装置，其特征在于，所述的充气式撑杆充气后的长度超过5米，所述的信标和拖曳环一体化设计。

9.根据权利要求1所述的一种无人机水上回收装置，其特征在于，所述的充气装置可为储气或燃气装置。

10.如权利要求1-9所述的一种无人机水上回收方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：无人机收到回收指令后，降落伞装置打开；

距离水面一定高度时，对船型气囊装置进行充气，直至完全充满；

船型气囊装置触水后，降落伞装置与无人机分离，船型气囊装置浮在水面上托住无人机并封堵发动机尾喷口，信标的充气式撑杆充气，将信标和拖拽环前伸；

信标发送自身位置信息；

周边回收舰船接收到位置信息后，通过拖曳环将无人机拖至指定位置。

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