CN113277090A - 一种空中投放的折叠翼无人机降落伞装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于折叠翼无人机降落伞技术领域，提供一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，包括六面长方体结构的仓盒，仓盒包括盒盖和盒体；盒盖沿长边一端预留有一个圆弧形倒角的长方形缺口，用于数字舵机摇臂伸出盒盖上表面，另一端与盒体后壁上端铰链，盒体底面沿长边一侧预留数字舵机的厚度安装前壁，前壁外侧依次固定安装数字舵机和弹簧筒，数字舵机下方部位底面的预留部位开有孔洞，用于穿过数字舵机信号线；伞绳捆绑带是与机身内部固连在一起的一根带子，通过底面孔洞伸入仓盒，用于捆绑降落伞绳。本发明采用机械蓄力的弹开方式，相比于电机打开的方式，可靠性高、反应速度快、安全性好、易维护和安装。
Description
技术领域
本发明属于折叠翼无人机降落伞技术领域，具体涉及一种空中投放小型折叠翼无人机降落伞装置。
背景技术
近年来，无人机集群技术飞速发展，国内外的集群项目大量涌现，包括美国海军研究办公室(ONR)支持的低成本无人机集群技术(LOCUST)项目。为了实现搭载发射，方便存储、运输和投放，LOCUST“郊狼”无人机采用折叠翼，可由空中平台利用通用发射管发射。美国DARPA支持的“小精灵”(Gremlins)项目也是采用折叠翼无人机由空中发射并实现空中回收，难度较大，仍处于试验阶段(文献：美军无人机集群作战的发展启示)。
空中投放的折叠翼无人机是近年来无人机领域研究的热点，该类型无人机一般体积较小，结构复杂，无起落架，回收难度较大。常见的无起落架无人机回收方式包括撞网回收、撞线回收、擦地回收、降落伞回收。撞网/撞线/擦地回收常用于固定翼无人机，其中撞网回收是利用机身与阻拦网直接碰撞减速；撞线回收一般是机翼与阻拦绳直接碰撞减速，并由机翼上的挂钩扣住阻拦绳；擦地回收一般是机腹打开气囊擦地减速，在滑行的过程中难以保持平衡，机翼经常会擦地滑行。以上三种回收方式对机翼损伤概率较大，不适于可折叠的机翼(文献：定翼无人机发射与回收技术发展综述)。
发明内容
本发明的目的是设计一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，解决折翼无人机回收难度大，无人机无法安全落地机翼损伤大的技术问题。
为达到上述目的，解决上述技术问题，本发明提供一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，具体的技术方案如下所示：
包括仓盒、数字舵机摇臂3、数字舵机4，和数字舵机信号线5，弹簧筒6；降落伞放置于仓盒之中；
仓盒为六面长方体结构，包括盒盖1和盒体2；
盒盖1为长方形结构，其沿长边一端预留有一个圆弧形倒角的长方形缺口，用于数字舵机摇臂伸出盒盖上表面，另一端与盒体2后壁上端铰链，使得盒盖向后打开时与机身上表面贴合；
盒体2，包括前壁、后壁、左右侧壁和底面，采用胶粘的方式粘接在一起，底面沿长边一侧预留数字舵机的厚度安装前壁，前壁外侧依次固定安装数字舵机4和弹簧筒6，数字舵机4下方部位底面的预留部位开有孔洞，用于穿过数字舵机信号线5，与机身信号线相连；底面沿长边的另一侧安装后壁且底面后部留一个孔洞，用于伸出伞绳捆绑带7；
数字舵机4安装于仓盒前壁外侧，高度应使数字舵机摇臂紧贴在合起状态的仓盖上，水平方向上应使数字舵机摇臂能由仓盖1上的缺口处伸出；
弹簧筒6呈圆柱筒形状，底部封口，上端开放，高度与仓盒高度一致，筒内固定有状态不超过筒高度的一段弹簧，弹簧筒6固定于仓盒底面预留处数字舵机摇臂的正下方；
伞绳捆绑带7是与机身内部固连在一起的一根带子，通过底面孔洞伸入仓盒，用于捆绑降落伞绳。
进一步的，仓盒根据折叠后的降落伞尺寸，确定六面体长宽高，以降落伞紧凑放置于仓盒内不移动为宜，符合机身内部安装要求。
进一步的，仓盒1安装位置在机身重心位置，能够保证开伞后无人机姿态更好地平稳降落，仓盒沿垂直方向安装于无人机机体内上部，盒盖与机身上表面保持水平，向上打开伞盒盖便于降落伞在机体上方打开。
进一步的，安装位置若不安装仓盒，可安装多种任务载荷，执行多样化任务。
进一步的，仓盒1采用复合材料一体化成型或采用航空木材进行制作。
进一步的，盒盖1与盒体2后壁上端通过180°开合的合页连接。
进一步的，数字舵机摇臂3、数字舵机4和数字舵机信号线5，因要承受弹簧弹力，宜采用内部金属齿轮的数字舵机和金属摇臂。
进一步的，降落伞带引导伞10，主伞9可采用环形或简单的圆形/多角形伞；根据无人机的重量和尺寸，确定降落伞主要参数：主伞/引导伞伞径、材质、伞绳长度；无人机上应预留与盒仓外尺寸紧密贴合的机身舱位，机身预留舱位底部能够托起仓盒。
进一步的，降落伞在仓盒内按如下方式进行安装，将降落伞按先圆周方向，后沿伞绳径向方向的顺序折叠，伞绳捋顺不缠绕，将伞绳底部系于伞绳捆绑带，并按顺时针方向将伞绳盘旋放置于仓盒底部，将伞布压于伞绳上方；引导伞按相同方案折叠，引导伞顶部系一根棉线，棉线顶端系上引导伞坠11；将主伞和引导伞叠放在仓盒内部后，将引导伞坠压入弹簧筒内，盖上仓盒盖，盒盖压住引导伞坠，数字舵机摇臂置于默认0位，压住盒盖；降落伞安装完毕，此时弹簧处于蓄力状态。
进一步的，引导伞坠11，呈细圆柱体，圆柱体直径小于弹簧筒内壁直径1毫米，长度根据所需弹簧压缩长度确定。
和现有技术相比，本发明的有效收益如下：
1、本发明的折叠翼无人机降落伞装置采用模块化设计，降落伞盒方便拆除更换，亦可替换为其它载荷满足折叠翼无人机执行不回收的任务。例如无人机执行自杀式袭击任务，不需要回收，可把仓盒模块替换为战斗部增强打击效果，相比于固定于机身的降落伞装置而言，既减少了不必要的损耗，同时增强了任务效果。
2、本发明的折叠翼无人机降落伞装置，采用机械蓄力的弹开方式，相比于电机打开的方式，可靠性高、反应速度快、安全性好、易维护和安装；
3、本发明的折叠翼无人机降落伞装置采用数字舵机控制开关，数字舵机灵活性高不易受电磁干扰、稳定性强、控制精度高。
附图说明
图1为本发明空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置示意图。
其中：1-盒盖、2-盒体、3-数字舵机摇臂、4-数字舵机、5-数字舵机信号线、6-弹簧筒、7-伞绳捆绑带、8-降落伞绳、9-主伞、10-引导伞、11-引导伞坠
具体实施方式
下面结合附图对本发明就行详细的解释和说明。
本发明旨在设计一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，该装置采用模块化设计思路，集成安装于折叠翼无人机机身，在接收到开伞指令时打开降落伞，使无人机安全落地。本发明的折叠翼无人机降落伞装置，在安装位置仓盒作为一个整体集成于机身，具备打开降落伞回收无人机的功能；安装位置若不安装仓盒，可安装多种任务载荷，执行多样化任务。
图1是本发明降落伞装置详图，下面结合附图1具体说明本发明的实现过程。
本发明的折叠翼无人机降落伞装置集成于降落仓盒中，该仓盒为六面长方体结构，大小尺寸和材质根据无人机机体要求确定，可选复合材料或航空木材等，仓盒内壁需保持光滑，避免粘连或钩挂伞绳和伞布。
盒盖1为长方形结构，其沿长边一端留有一个圆弧形倒角的长方形缺口，用于数字舵机摇臂伸出盒盖上表面，另一端与后壁上端铰链，本实施例是通过180°开合的合页连接，使得盒盖向后打开时与机身上表面贴合；
盒体2，包括前壁、后壁、左右侧壁和底面，采用复合材料一体化成型或航空木材，采用胶粘的方式粘接在一起，底面沿长边一侧预留数字舵机的厚度安装前壁，前壁外侧依次固定安装数字舵机4和弹簧筒6，数字舵机下方部位底面的预留部位开有孔洞，用于穿过数字舵机线信号线5，与机身信号线相连；底面沿长边另一侧安装后壁，且底面后部留一个孔洞，用于伸出伞绳捆绑带7；
数字舵机4，数字舵机摇臂3和数字舵机信号线5。因要承受弹簧弹力，宜采用内部金属齿轮的数字舵机和金属摇臂。数字舵机的安装位置应作如下选择：安装于仓盒前壁外侧，高度选择应使数字舵机摇臂紧贴在合起状态的仓盖上，水平方向上应使数字舵机摇臂能由仓盖上的缺口伸出。
弹簧筒6呈圆柱筒形状，底部封口，上端开放，高度与仓盒高度一致，筒内固定伸展有状态不超过筒高度的一段弹簧，整个弹簧筒固定于仓盒底面预留处数字舵机摇臂的正下方；
伞绳捆绑带7，与机身内部固连在一起的一根带子，通过底面孔洞伸入仓盒，用于捆绑降落伞绳8。
11是引导伞坠，呈细圆柱体，圆柱体直径小于弹簧筒内壁直径1毫米，长度根据所需弹簧压缩长度确定。
下面就本发明的具体装置安装及工作过程进行描述和说明。
确定仓盒安装位置：无人机开伞降落时螺旋桨停转，以自由落体方式下落，仓盒水平方向应尽量安装在机身重心位置，保证开伞后无人机姿态平稳降落。仓盒垂直方向安装于机体内上部，盒盖与机身上表面保持水平，向上打开伞盒盖便于降落伞在机体上方打开。
确定降落伞：采用带引导伞10的降落伞，主伞9可采用环形或简单的圆形/多角形伞。根据无人机的重量和尺寸，确定降落伞主要参数：主伞/引导伞伞径、材质、伞绳长度。
确定仓盒尺寸：仓盒呈长方体形状，根据折叠后的降落伞尺寸，确定长宽高，以降落伞紧凑放置于内不移动为宜，符合机身内部安装要求。
仓盒安装：无人机上应预留与盒仓外尺寸紧密贴合的机身舱位，机身预留舱位底部能够托起仓盒。伞绳捆绑带通过仓盒底面的孔洞捆绑至机身内部承力结构。
降落伞安装：将降落伞按先圆周方向，后沿伞绳径向方向的顺序折叠，伞绳捋顺不缠绕，将伞绳底部系于伞绳捆绑带，并按顺时针方向将伞绳盘旋放置于仓盒底部，将伞布压于伞绳上方。引导伞按相同方案折叠，引导伞顶部系一根棉线，棉线顶端系上引导伞坠11。将主伞和引导伞叠放在仓盒内部后，将引导伞坠压入弹簧筒内，盖上仓盒盖，盒盖压住引导伞坠，数字舵机摇臂置于默认0位，压住盒盖。降落伞安装完毕，此时弹簧处于蓄力状态。
本发明的空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置的工作过程如下：数字压盖舵机通电默认0位置在弹簧筒正上方，仓盒处于关闭状态。无人机飞控向仓盒数字舵机发送PID控制指令，数字舵机摇臂顺时针旋转，使得盒盖由被舵机摇臂压紧的状态转变为自由状态，弹簧蓄力释放，弹开盒盖和引导伞坠，伞坠牵引出引导伞，引导伞张开后牵引出主伞，主伞张开，无人机减速下落。
实施例1
降落伞选型：无人机约2.5千克，据此选择降落伞参数如下。主伞采用正八边形超薄伞布，伞布直径1.45米，伞重越75克，最小折叠体积110毫米ⅹ60毫米ⅹ40毫米，伞绳长1.6米。引导伞选择相同材质，伞布直径0.2米，伞绳长0.2米。
仓盒参数：材质为1毫米厚航空层板，使用激光切割机裁切为6个面，即仓盖，伞仓底面，伞仓前壁，伞仓后壁，伞仓两个侧壁，6个面用502胶水即可胶粘固定成型。仓盒长126毫米，宽64毫米，高40毫米。
伞绳捆绑带7由尼龙绳制成。
弹簧筒6由3D打印制成，高度39毫米，筒壁厚度1毫米，内径11毫米。内部弹簧高度35毫米，弹簧丝直径0.6毫米，弹簧螺旋面直径10毫米，底部通过热熔胶与3D打印弹簧筒固定。伞坠11由3D打印制成，圆柱体地面直径10毫米，高度22毫米。
舵机选用银燕ES08MD II金属齿轮微型数字舵机，尺寸23毫米ⅹ11.5毫米ⅹ24毫米，工作电压4.8V-6V，舵机线长度25厘米。摇臂采用舵机配套塑料摇臂，长度20毫米。
Claims (10)
1.一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于：包括仓盒、数字舵机摇臂(3)、数字舵机(4)、和数字舵机信号线(5)、弹簧筒(6)；降落伞放置于仓盒之中；
所述仓盒为六面长方体结构，包括盒盖(1)和盒体(2)；
所述盒盖(1)为长方形结构，其沿长边一端预留有一个圆弧形倒角的长方形缺口，用于数字舵机摇臂(3)伸出盒盖上表面，另一端与盒体(2)后壁上端铰链，使得盒盖向后打开时与机身上表面贴合；
所述盒体(2)，包括前壁、后壁、左右侧壁和底面，采用胶粘的方式粘接在一起，底面沿长边一侧预留出数字舵机的厚度后安装前壁，前壁外侧依次固定安装数字舵机(4)和弹簧筒(6)，数字舵机(4)下方部位底面的预留部位开有孔洞，用于穿过数字舵机信号线(5)，与机身信号线相连；底面沿长边的另一侧安装后壁且底面后部留一个孔洞，用于伸出伞绳捆绑带(7)；
所述数字舵机(4)安装于仓盒前壁外侧，高度应使数字舵机摇臂紧贴在合起状态的仓盖上，水平方向上应使数字舵机摇臂能由仓盖(1)上的缺口处伸出；
所述弹簧筒(6)呈圆柱筒形状，底部封口，上端开放，高度与仓盒高度一致，筒内固定有状态不超过筒高度的一段弹簧，弹簧筒(6)固定于仓盒底面预留处数字舵机摇臂的正下方；
所述伞绳捆绑带(7)是与机身内部固连在一起的一根带子，通过底面孔洞伸入仓盒，用于捆绑降落伞绳。
2.根据权利要求1所述的一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于，所述仓盒根据折叠后的降落伞尺寸，确定六面体长宽高，以降落伞紧凑放置于仓盒内不移动为宜，符合机身内部安装要求。
3.根据权利要求2所述的一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于，所述仓盒安装位置安装在机身重心位置，能够保证开伞后无人机姿态更好地平稳降落，仓盒沿垂直方向安装于无人机机体内上部，盒盖(1)与机身上表面保持水平，向上打开盒盖(1)便于降落伞在机体上方打开。
4.根据权利要求3所述的一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于，所述安装位置若不安装仓盒，可安装多种任务载荷，执行多样化任务。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于，所述仓盒采用复合材料一体化成型或采用航空木材进行制作。
6.根据权利要求5所述的一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于，所述盒盖(1)与盒体(2)后壁上端通过180°开合的合页连接。
7.根据权利要求1所述的一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于，所述数字舵机摇臂(3)和数字舵机(4)因要承受弹簧弹力，宜采用内部金属齿轮的数字舵机和金属摇臂。
8.根据权利要求1所述的一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于，所述降落伞带引导伞(10)，主伞(9)可采用环形或简单的圆形/多角形伞，根据无人机的重量和尺寸，确定降落伞主要参数：主伞/引导伞伞径、材质、伞绳长度，且无人机上应预留与仓盒外尺寸紧密贴合的机身舱位，机身预留舱位底部能够托起仓盒。
9.根据权利要求8所述的一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于，所述降落伞在仓盒内按如下方式进行安装，将降落伞按先圆周方向，后沿伞绳径向方向的顺序折叠，伞绳捋顺不缠绕，将伞绳底部系于伞绳捆绑带，并按顺时针方向将伞绳盘旋放置于仓盒底部，将伞布压于伞绳上方；引导伞按相同方案折叠，引导伞顶部系一根棉线，棉线顶端系上引导伞坠(11)；将主伞和引导伞叠放在仓盒内部后，将引导伞坠压入弹簧筒内，盖上仓盒盖，盒盖压住引导伞坠，数字舵机摇臂(3)置于默认0位，压住盒盖；降落伞安装完毕，此时弹簧处于蓄力状态。
10.根据权利要求9所述的一种空中投放的小型折叠翼无人机降落伞装置，其特征在于，所述引导伞坠11，呈细圆柱体，圆柱体直径小于弹簧筒内壁直径1毫米，长度根据所需弹簧压缩长度确定。
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