CN112829959A - 一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，本发明的平台包括液压升降发射弓、发射轨架、无人机安装底座、快速脱离器、发射控制装置以及牵引动力索机构；液压升降发射弓由两个连接端和一个驱动端构成；液压升降发射弓的驱动端均连接驱动机构，用于为无人机提供抬升力和发射角度；发射轨架左右两侧各设置一个，与前后两个液压升降发射弓的四个连接端连接；每个发射轨架上设置有滑槽，用于移动安装无人机安装底座；快速脱离器安装在无人机安装底座的顶端，用于无人机的固定或脱离；牵引动力索机构用于牵引两个无人机安装底座沿发射轨架移动。本发明的一体化平台通过一套装置能够完成对无人机的起飞发射和降落回收的工作。

Description

一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台

技术领域

本发明属于中大型无人机发射回收技术领域，具体涉及一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台。

背景技术

无人飞行器在军事、民用两大领域有已着广泛应用，无人飞行器技术在全世界范围内越来越受到高度关注，特别是针对高动态、高智能中大型长航时无人机的发展军事需求不断催生了整个无人机产业的迅速发展。

其中，对于无人机发射、回收过程都是在无人机设计、应用中必须考虑的问题，特别是中大型无人机需要依赖机场起飞、降落。截止2020年，中国已经投入使用的通航机场不超过250个，与美国2956个通航机场相比数量差距巨大，限制了我国无人机技术的发展和应用。同时，庞大的机场数目，也增加地面维护成本，耗资巨大。

发明内容

为了解决现有中大型无人机发射回收装置存在的局限，本发明提供了一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台。本发明通过对中大型固定翼无人机在发射、回收过程中采用一体化设计技术，弥补了当下大中型无人机过于依赖机场而无法进行大规模战略战术部署，快速机动发射、回收的空白。

本发明通过下述技术方案实现：

一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，本发明的平台包括液压升降发射弓、发射轨架、无人机安装底座、快速脱离器、发射控制装置以及牵引动力索机构；

所述液压升降发射弓由两个连接端和一个驱动端构成；所述液压升降发射弓的驱动端均连接驱动机构，用于为无人机提供抬升力和发射角度；

所述发射轨架左右两侧各设置一个，与前后两个所述液压升降发射弓的四个连接端连接；

每个所述发射轨架上设置有滑槽，用于移动安装所述无人机安装底座；

所述快速脱离器安装在所述无人机安装底座的顶端，用于无人机的固定或脱离；

所述牵引动力索机构用于牵引两个所述无人机安装底座沿所述发射轨架移动；

所述发射控制装置用于实现无人机的发射控制。

本发明的一体化平台可以装备在特种车、船、飞机等移动运载平台上，可以承载较大重量和较大物理尺寸的固定翼无人机，同时，能够完成对无人机的起飞发射和降落回收的工作。

优选的，本发明的液压升降发射弓呈Y型结构。本发明采用Y型结构的液压升降发射弓的目的是为了防止与无人机发生碰撞。

优选的，本发明的无人机安装底座呈U型结构，且滑动安装在所述发射轨架的滑槽内；

所述无人机安装底座的底部设置有用于无人机降落的安全气囊舱。本发明采用U型结构的无人机安装底座的目的是：无人机一体发射底座工作时，搭载在发射轨架上的滑轮可以同时控制；另外无人机腹部也会有载荷，腾出空间防止碰撞。

优选的，本发明的快速脱离器共有四个，分别安装在所述无人机安装底座顶端的四个角落，且位于同一侧的两个所述快速脱离器相错开且不在同一水平面。本发明对同一侧的两个快速脱离器相错设置时为了避免无人机起飞时，机身同侧的前后两个固定部件与无人机安装底座的部件相撞，而同一侧的两个快速脱离器不在同一水平面，是为了与无人机外形相配合。

优选的，本发明的快速脱离器包括盒体、设置在所述盒体内部的动力装置和固定销；

所述动力装置驱动所述固定销突出到盒体外插入到无人机的配合部件，起到固定无人机的作用；

所述动力装置驱动所述固定销收回到盒体内，起到脱离无人机的作用。

优选的，本发明的牵引动力索机构左右两侧各设置一个，每个所述牵引动力索机构包括绳索牵引机、固定滑轮和绳索；

所述固定滑轮安装所述发射轨架顶部的一端；

所述绳索一端与所述无人机固定底座连接，另一端经所述固定滑轮与所述绳索牵引机连接；

通过所述绳索牵引机能够牵引所述无人机固定底座沿所述发射轨架快速移动，提供给无人机一个额外附加脱离速度。

优选的，本发明的发射控制装置通过对所述液压升降发射弓的驱动机构进行控制，以对所述液压升降发射弓进行调整，给出无人机所需发射角度；

所述发射控制装置对所述快速脱离器和所述牵引动力索机构进行控制，实现无人机与平台的脱离，完成起飞。

优选的，本发明的平台还包括轨架增强臂；

每个所述发射轨架下部均固定连接一个所述轨架增强臂，所述轨架增强臂的尺寸与所述发射轨架匹配，用于增强所述发射轨架的结构强度。

优选的，本发明的平台还包括回收阻拦索系统、回收安全网、回收安全气囊以及回收定位系统；

所述回收阻拦索系统可拆卸式安装在后置液压升降发射弓远离所述无人机安装底座的一侧，用于挂接无人机；

所述回收安全网可拆卸式安装在两个所述发射轨架顶端远离所述无人机安装底座的一侧，用于在无人机挂接阻拦后防护机头；

所述回收安全气囊可拆式安装在所述无人机安装底座的底部，用于保护无人机与所述发射轨架的碰撞；

所述回收定位系统设置于所述平台底座，用于实现无人机回收控制。

优选的，本发明的回收阻拦索系统采用并排设置的两组；

每组所述回收阻拦索系统包括阻拦索、液压升降杆和释能回收滚轮；

所述阻拦索的两端分别经由一个所述液压升降杆与一个所述释能回收滚轮连接。本发明采用并排设置的两组可收放式回收阻拦索系统，能够更好的提升飞机挂接成功率。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明设计的一体化平台采用一套装置可完成无人机的发射和回收工作，可以装备在特征车辆、船、飞机等移动运载平台上，有效解决了固定翼无人机起飞、回收过于依赖机场而限制了无人机的部署和应用问题。

2、本发明设计的一体化平台使得无人机的部署更加灵活，亦可快速机动放飞、回收，降低了地面维护成本。

3、本发明设计的一体化平台为无人机集群自组织协同应用提供了硬件基础。

4、本发明设计的一体化平台系统可以取消无人机起落架系统，从而使得无人机具有更大的有效载荷能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的无人机发射系统结构示意图。

图2为本发明的前后液压发射弓和左右两侧的发射轨架连接示意图。

图3为本发明的无人机安装底座结构示意图。

图4为图3所示的无人机安装底座左视图。

图5为本发明的快速脱离器固定无人机示意图。

图6为本发明的快速脱离器固定连接剖视图。

图7为本发明的发射控制装置示意图。

图8为本发明的牵引动力索机构示意图。

图9为本发明的无人机回收系统结构示意图。

图10为本发明的阻拦索系统剖视图。

图11为本发明的无人机发射/回收控制流程示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-液压升降发射弓，2-发射轨架，3-轨架增强臂，4-无人机安装底座，5-快速脱离器，6-牵引动力索机构，7-安全气囊舱，8-滑轨固定件，9-滑轮，10-动力转盘，11-固定销，12-绳索牵引机，13-固定滑轮，14-绳索，15-阻拦索系统，16-回收安全网，17-回收安全气囊，18-回收定位系统，19-阻拦索，20-液压升降杆，21-释能回收滚轮，22-机身固定组件。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1:

针对现有大中型固定翼无人机起飞、回收过于依赖飞行场地的问题，本实施例提出了一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台。本实施例采用一体化设计，通过一套装置即可实现无人机的起飞发射和降落回收工作。

本实施例的平台包括无人机发射系统和无人机回收系统，具体如图1所示，本实施例的无人机发射系统包括液压升降发射弓、发射轨架、无人机安装底座、快速脱离器、发射控制装置以及牵引动力索机构。

其中，本实施例的液压升降发射弓由两个连接端和一个驱动端构成；液压升降发射弓的驱动端均连接驱动机构，用于为无人机提供抬升力和发射角度；本实施例的液压升降发射弓前后各设置一个，前置液压升降发射弓与后置液压升降发射弓距离为10.5米，每个最多可以提供约3吨的抬升力作用于无人机，并动态地给固定翼无人机一个发射角度，其结构呈Y型的目的是为了防止与无人机发生碰撞，具体如图2所示。

本实施例的发射轨架左右两侧各设置一个，与前后两个液压升降发射弓的四个连接端连接(轴连接)；左右两侧的发射轨架之间的最大距离为3.7米，且每个发射轨架上设置有60mm宽的滑槽，用于移动安装无人机安装底座。

本实施例的无人机安装底座采用一体化设计，呈U型结构，两侧各有4对滑轮可在发射轨架滑槽内滑动。设计为U形的原因在是：无人机一体发射底座工作时，搭载在滑动轨架上的滑轮可以同时控制；另外无人机腹部也会有载荷，腾出空间防止碰撞的同时从结构上确保发射轨系统的整体强度。发射底座底部有一个用于飞机降落的安全气囊舱。具体如图3-4所示。

本实施例的快速脱离器安装在无人机安装底座的顶端，用于无人机的固定或脱离；本实施例的快速脱离器共有四个，位于无人机安装底座四个角落，在同侧的两个盒子相错开且不在同一水平位置。相错的目的是为了避免飞机起飞时，机身同侧的前后两个固定部件与无人机固定底座的部件相撞；不在同一水平位置是为了合理与飞机外形相配合。快速脱离器的自身动力装置带动旋转盘顺时针旋转180°，连带动传动杆将固定销推出盒体，固定销突出，插入无人机上的配合部件，起到固定无人机的作用，逆时针旋转180°，连带动传动杆将固定销缩回盒体内，与无人机上的机身固定组件脱离，起到脱离无人机的作用。具体如图5-6所示。

本实施例的牵引动力索机构用于牵引两个无人机安装底座沿发射轨架移动；本实施例的牵引动力索机构左右两侧各设置一个，每个牵引动力索机构包括绳索牵引机、固定滑轮和绳索；固定滑轮安装发射轨架顶部的一端；绳索一端与无人机固定底座连接且绳索位于发射轨架中央，另一端经固定滑轮与绳索牵引机连接；通过绳索牵引机能够牵引无人机固定底座沿发射轨架向前方快速移动最大约5米，提供给无人机一个额外附加脱离速度。具体如图8所示。

本实施例的发射控制装置用于实现无人机的发射控制。本实施例的发射控制装置位于载具操作室，其作用是为了一体化平台能匹配不同规模的飞机，两者所要参考的一些飞行配合参数，并针对参数通过发射控制装置下达命令。具体如图7所示。

本发明的一体化平台可以装备在特种车、船、飞机等移动运载平台上，可以承载较大重量和较大物理尺寸的固定翼无人机，同时，能够完成对无人机的起飞发射和降落回收的工作。

本实施例的无人机发射系统还包括轨架增强臂，本实施例的轨架增强臂通过螺栓连接固定在发射轨架下部，其长宽与发射轨架吻合，用于增加发射轨架的结构强度。

本实施例的无人机回收系统包括液压升降发收弓，回收轨架，轨架增强臂，回收阻拦索系统、回收安全网、回收安全气囊以及回收定位系统；具体如图9所示。

本实施例的回收阻拦索系统可拆卸式安装在后置液压升降发射弓远离无人机安装底座的一侧，用于挂接无人机；本实施例设置并排两组可收放式回收阻拦索系统，这样能更好的提升飞机挂接成功率，每组回收阻拦索系统包括阻拦索、液压升降杆和释能回收滚轮；阻拦索的两端分别经由一个液压升降杆与一个释能回收滚轮连接。阻拦索长度为3150mm，两根绳索的距离为400mm。工作时，液压柱分三节升起，释放阻拦索；未工作时则下降至一节高度。无人机挂钩挂住阻拦索，则释放无人机向前的动能，使无人机减速。具体如图10所示。

本实施例的回收安全网可拆卸式安装在两个发射轨架顶端远离无人机安装底座的一侧，用于在无人机挂接阻拦后防护机头；本实施例的回收安全网最终在回收阶段发车前挂接在发射轨架两侧，其面积为约10平方米，四角固定在两发射轨架上，可完全保护飞机在挂接阻拦索后机头出现的“栽头”情况。

本实施例的回收安全气囊可拆式安装在无人机安装底座的底部(安全气囊仓内)，打开后顶端搭在两侧轨架上，用于保护无人机与轨架的碰撞，安全气囊在飞机回收时进行操作令其弹出。

本实施例的回收定位系统位于一体化平台底座四个角，其目的在于交换载具和无人机在回收阶段各项数据信息，以达到速度、距离、平稳度相匹配的目的。

本实施例的一体化平台可以装备在特种车、船、飞机等移动运载平台上，应用范围广，且可以承载较大重量和较大物理尺寸的固定翼无人机。

本实施例设计的一体化平台总体尺寸长约16米，宽约3.8米，高约2.4米，可配套无人机的最大尺寸为常13.5米、翼展10米、重4.2吨。同一套装置可完成无人机的发射和回收。一体化平台载具车辆的行驶速度需达到无人机起飞降落所需速度的临界值，通过发射控制器及回收系统装置确定无人机与载具是否满足发射或回收的条件。只要满足以上条件，该系统可在任意地形运行，解决了无人机起飞过于依赖场地的问题。

具体如图11所示，本实施例的一体化平台实现无人机发射控制过程为：该装置装备在特种载具上，接收到起飞命令，发射控制器开启，无人机进入待命状态。载具最终达到近无人机起飞的临界速度。行驶过程中，发射控制器工作，调整前发射弓抬升并达到满足飞机发射起飞角度)。这时固定翼无人机已经启动，但未与平台的脱离器脱离。达到指定速度后，命令快速脱离系统启动，前端两回收机启动回收绳索，拉动一体底座快速前移5米左右后，到达滑轨终点的同时脱离器工作，脱离器的固定销从飞机固定装置抽离，此时无人机加速，脱离平台升空。

本实施例的一体化平台实现无人机回收控制过程为：首先无人机完成任务接收返航指令并指派一体化平台载具进行回收待命。操作员做准备工作先将安全网挂好，启动“吸能”双阻拦索系统。回收阶段开始，载具行驶速度接近于无人机降落速度，目的在于减少与无人机飞行的速度差，平稳对接。回收定位系统运作，参数匹配后，无人机打开挂钩。其机身状态稳定与平台阻拦索挂接的同时安全气囊撑起，此时机头落在安全网上，机身及机翼平稳落在安全气囊上，回收完成，载具减速返回。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述平台包括液压升降发射弓(1)、发射轨架(2)、无人机安装底座(4)、快速脱离器(5)、发射控制装置以及牵引动力索机构(6)；

所述液压升降发射弓(1)由两个连接端和一个驱动端构成；所述液压升降发射弓(1)的驱动端均连接驱动机构，用于为无人机提供抬升力和发射角度；

所述发射轨架(2)左右两侧各设置一个，与前后两个所述液压升降发射弓(1)的四个连接端连接；

每个所述发射轨架(2)上设置有滑槽，用于移动安装所述无人机安装底座(4)；

所述快速脱离器(5)安装在所述无人机安装底座(4)的顶端，用于无人机的固定或脱离；

所述牵引动力索机构(6)用于牵引两个所述无人机安装底座(4)沿所述发射轨架(2)移动；

所述发射控制装置用于实现无人机的发射控制。

2.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述液压升降发射弓(1)呈Y型结构。

3.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述无人机安装底座(4)呈U型结构，且滑动安装在所述发射轨架(2)的滑槽内；

所述无人机安装底座(4)的底部设置有用于无人机降落的安全气囊舱(7)。

4.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述快速脱离器(5)共有四个，分别安装在所述无人机安装底座(4)顶端的四个角落，且位于同一侧的两个所述快速脱离器(5)相错开且不在同一水平面。

5.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述快速脱离器(5)包括盒体、设置在所述盒体内部的动力装置(10)和固定销(11)；

所述动力装置(10)驱动所述固定销(11)突出到盒体外插入到无人机的配合部件，起到固定无人机的作用；

所述动力装置(10)驱动所述固定销(11)收回到盒体内，起到脱离无人机的作用。

6.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述牵引动力索机构(6)左右两侧各设置一个，每个所述牵引动力索机构(6)包括绳索牵引机(12)、固定滑轮(13)和绳索(14)；

所述固定滑轮安装所述发射轨架(2)顶部的一端；

所述绳索(14)一端与所述无人机固定底座(4)连接，另一端经所述固定滑轮(13)与所述绳索牵引机(12)连接；

通过所述绳索牵引机(12)能够牵引所述无人机固定底座(4)沿所述发射轨架(2)快速移动，提供给无人机一个额外附加脱离速度。

7.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述发射控制装置通过对所述液压升降发射弓(1)的驱动机构进行控制，以对所述液压升降发射弓(1)进行调整，给出无人机所需发射角度；

所述发射控制装置对所述快速脱离器和所述牵引动力索机构(6)进行控制，实现无人机与平台的脱离，完成起飞。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述平台还包括轨架增强臂；

每个所述发射轨架下部均固定连接一个所述轨架增强臂(3)，所述轨架增强臂(3)的尺寸与所述发射轨架(2)匹配，用于增强所述发射轨架(2)的结构强度。

9.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述平台还包括回收阻拦索系统(15)、回收安全网(16)、回收安全气囊(17)以及回收定位系统(18)；

所述回收阻拦索系统(15)可拆卸式安装在后置液压升降发射弓(1)远离所述无人机安装底座(4)的一侧，用于挂接无人机；

所述回收安全网(16)可拆卸式安装在两个所述发射轨架(2)顶端远离所述无人机安装底座(4)的一侧，用于在无人机挂接阻拦后防护机头；

所述回收安全气囊(17)可拆式安装在所述无人机安装底座(7)的底部，用于保护无人机与所述发射轨架(2)的碰撞；

所述回收定位系统(18)设置于所述平台底座，用于实现无人机回收控制。

10.根据权利要求9所述的一种固定翼无人机移动发射回收一体化平台，其特征在于，所述回收阻拦索系统(15)采用并排设置的两组；

每组所述回收阻拦索系统(15)包括阻拦索(19)、液压升降杆(20)和释能回收滚轮(21)；

所述阻拦索(19)的两端分别经由一个所述液压升降杆(20)与一个所述释能回收滚轮(21)连接。

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