CN203294314U - 具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器，包括柔性冲压翼伞、结构舱体、动力系统、消雾设备和控制系统；消雾设备包括内置消雾设备和外置消雾设备，用于同时或各自播撒消雾剂，内置消雾设备安装在结构舱体内部，外置消雾设备安装在结构舱外部；内置消雾设备由抛散舱、插板、舵机和投放口构成，外置消雾设备由固定架、抛散筒和激发电极构成，消雾设备还包括检测探测设备。本实用新型具有以下有益效果：安全可靠、容易操纵、载重量大；通过遥控和自主导航能使飞行消雾距离范围长达200千米；成本低廉、简单易行；使用范围广，凡是涉及需要在局部范围消雾的情况，例如改善公路交通环境、消除机场浓雾，改善救灾区域小气候等，均可以适用。

Description

具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器

技术领域

本实用新型涉及无人驾驶飞行器领域，具体而言，是涉及一种具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器。

背景技术

无人机和无人飞行器均为无人驾驶，但有着实质的不同，无人机为固定机翼，大多用于高空侦察和对地面目标进行攻击等军事用途，较少作为民用。

为了适应多方面的需求，人们研究制造了各种各样的无人驾驶飞行器。中国人民解放军空降兵研究所的实用新型专利ZL93202125.5（授权公告号CN2204774Y）公开了一种动力飞行柔性冲压翼伞，该动力飞行柔性冲压翼伞用于飞行表演、广告宣传、边防巡逻和娱乐飞行，此外，在中国实用新型专利ZL201220565967.0（授权公告号CN202879795U）中，使用了了遥控动力柔性冲压翼伞，它可以从地面由车辆拖拽起飞，也可以从空中投放，可用于勘测和侦查地面形势，进行空中大气污染采样以及火山监测等。具有重量轻、造价低、库存方便等优点。

在飞行器领域中，人们试图将无人驾驶飞行器用于人工消雾，所谓人工消雾是指用人工影响的方式消除局部区域内的雾滴以提高能见度的方法。具体而言，是用一定的设备，将碘化银、干冰、液化丙烷等催化剂播撒到雾中，产生大量冰晶，雾区中的水汽在众多的冰晶上凝华，促使过冷却水滴蒸发，即冰晶夺取原雾滴的水分不断长大，冰晶长大后降落到地面，从而使雾消失。

目前，播撒催化剂消雾主要有以下几种方式：

第一种是飞机播撒：利用运输机或轻型飞机携带消雾药剂进行雾上或雾中播撒是目前主要的消雾手段。优点是能进行快速、大面积的消雾作业。但飞机消雾有许多不足。首先飞机在大雾天气起降和作业的风险较大，会危及飞机和驾驶员的安全；要进行飞机播撒时，航线许可和地面指挥等非常复杂；飞机飞行和播撒高度较高，播撒准确性差，另外，飞机使用成本高。

第二种是无人机播撒：目前，已有相关研制单位进行无人机（含固定翼无人机和旋翼无人机）播撒。无人机由操作人员进行地面操作，所以相对比较安全。但无人机有效载荷较低（一般有效载荷10～15kg），一次飞行作业的携带量小，消雾面积小，而且，无人机起飞和降落相对复杂，且成本较高。

第三种是地面播撒：这种方法需要在地面设置多个催化剂撒播点，在地面数米高度上施放催化剂，但这种方式会受到风向和风速影响。而且在雾区设置多个催化剂撒播点消耗的人力和物力巨大。特别是在高速公路上，在沿途路边隔不远处就需安置一台播撒催化剂的仪器，成本十分高昂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是填补现有技术中存在的空白，提供一种安全可靠、容易操纵、成本低廉、载重量大，通过遥控和自主导航能使飞行距离长达200千米的柔翼无人飞行器，作为自动消雾飞行作业平台。具体而言，本实用新型提供一种具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器。

本实用新型通过以下技术方案达到上述目的。

一种具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器，其特征在于，包括：柔性冲压翼伞、结构舱体、动力系统、消雾设备和控制系统；柔性冲压翼伞给系统提供升力;

柔性冲压翼伞的下部通过伞绳连接结构舱体；结构舱体内部安装有控制系统和内置消雾设备，尾部安装动力系统；

结构舱体主要包括舱体框架、安装座和滑撬式起落架，安装座固定在舱体框架底部向两侧伸出，其上分别安装外置消雾设备，滑撬式起落架安装在舱体框架下部，用于系统的起飞、降落缓冲；

动力系统用于提供飞行所需的动力，主要包括发动机和螺旋桨；

消雾设备包括内置消雾设备和外置消雾设备，用于同时或各自播撒消雾剂，内置消雾设备安装在结构舱体内部，外置消雾设备安装在结构舱体外部；

内置消雾设备由抛散舱、插板、舵机和投放口构成，抛散舱安装在结构舱体中，底部在结构舱体上开有投放口，插板安装在抛散舱下部并盖住投放口，舵机一端与插板相连，并受控制系统控制；

外置消雾设备由固定架、抛散筒和激发电极构成，抛散筒通过固定架固定在安装座下面，激发电极与抛散筒安装在一起，并受控制系统控制；

消雾设备还包括检测探测设备，检测探测设备设有：天气雷达、卫星接收设备、PMS云粒子测量系统、气象仪、GPS定位及数传系统、双通道微波辐射计；

控制系统具有导航控制及通信、监控功能，包括导航单元、控制单元、通信单元、视频监控单元和地面控制站；

导航单元用于提供飞行任务航线并给控制单元发送操纵指令，主要包括机载计算机、导航软件、定位模块及各种传感器；控制单元用于执行导航单元发送的操纵指令，驱动操纵执行机构，改变飞行姿态及航线，主要包括驱动机构和供电模块；通信单元用于飞行体与地面控制站之间进行数据交互，主要包括发射电台和接收天线；视频监控单元用于将飞行体上安装的视频监拍设备所拍摄的视频下传到地面站并在显示器上显示；地面控制站用于完成对飞行路线的设定、状态数据的输入、飞行指令的发出和飞行轨迹的监控和对飞行体反馈数据的接收处理，主要包括手持遥控设备和监控设备。

在本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器中，消雾设备还可以具有机载碘化银发生器，液氮发生器，焰弹发生器，干冰播撒器，盐粉、尿素播撒设备和HB-1型消雾剂播撒设备。

本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器可以采用地面发射起飞，地面发射装置包括牵引车、发射固定座、脱离装置和防护装置，用于具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器从地面牵引起飞。

发射固定底座设于牵引车上；待发射的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器置于发射固定底座上，并通过收紧带与收紧绞盘连接；防护装置设在发射底座的前端；脱离装置设于发射固定底座中部，位于待发射无人机下方。

本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器也可以通过安装在飞机上的空投装置发射。

本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器还可以配套设置地面遥控系统，其控制该柔性冲压翼伞无人机飞行到预定高度后，按照预定航线飞行至目标坐标点，在任务目标点完成播撒消雾剂自动消雾的任务后，按照预定路线返回到目的地空域，并判断高度信息以及着陆场风向信息，采用雀降的方式实现定点降落。

在需要进行消雾时，柔翼无人飞行器飞行到达指定区域，从外置消雾设备投放消雾介质或从内置消雾设备投放消雾介质或同时从内外投放消雾介质。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.安全可靠、容易操纵、载重量大；

2.通过遥控和自主导航能使飞行消雾距离范围长达200千米；

3.成本低廉、简单易行；

4.使用范围广，凡是涉及需要在局部范围消雾的情况，例如改善公路交通环境、消除机场浓雾，改善救灾区域小气候等，均可以适用。

附图说明

图1是本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器的整体外观示意图

图2是本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器的结构示意图

图3是本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器的消雾设备结构图

图4是本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器的控制系统图

图5是本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器与地面牵引发射装置的连接示意图

图6是本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器系统框图

图7是本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器地面起飞示意图

图8是本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器空投发射示意图

图中：1-柔性冲压翼伞，2-结构舱体，3-动力系统，5-控制系统，6-发射固定座，7-牵引车，8-伞绳，9-安装座，10-舱体框架，11-滑撬式起落架，12-发动机，13-螺旋桨，14-内置消雾设备，15-外置消雾设备，16-抛散舱，17-插板，18-舵机，19-投放口，20-固定架，21-抛散筒，22-激发电极，23-导航单元，24-控制单元，25-通信单元，26-视频监控单元，27-地面控制站，28-脱离装置，29-防护装置，30-收紧带，31-收紧绞盘。

具体实施方式

以下通过实施例进一步对本实用新型进行说明。

图1是本实施例的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器的外观示意图，图2是本实施例的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器的结构示意图。参看图1和图2，本实施例具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器包括：柔性冲压翼伞1、结构舱体2、动力系统3、消雾设备和控制系统5；柔性冲压翼伞1给系统提供升力。

柔性冲压翼伞1的下部通过伞绳8连接结构舱体2；结构舱体2内部安装有控制系统5和内置消雾设备14，尾部安装动力系统3。

结构舱体2主要包括舱体框架10、安装座9和滑撬式起落架11。安装座9固定在舱体框架10底部向两侧伸出，其上分别安装外置消雾设备15，滑撬式起落架11安装在舱体框架10下部，用于系统的起飞、降落缓冲。

动力系统3用于提供飞行所需的动力，主要包括发动机12和螺旋桨13。

图3是本实施例的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器的消雾设备结构图，由图3可见，消雾设备是本实施例的重点部件，消雾设备包括内置消雾设备14和外置消雾设备15。由图3可以看出：内置消雾设备14安装在结构舱体2内部，外置消雾设备15安装在结构舱体2外部。

内置消雾设备14由抛散舱16、插板17、舵机18和投放口19构成，抛散舱16安装在结构舱体2中，底部在结构舱体2上开有投放口19，插板17安装在抛散舱16下部并盖住投放口19，舵机18一端与插板17相连，并受控制系统5控制。

内置消雾设备14的工作过程如下：控制系统5控制舵机18，舵机18拉动插板17，使投放口19打开，将预先安放在抛散舱16中的消雾剂顺利投出。

外置消雾设备15由固定架20、抛散筒21和激发电极22构成，抛散筒21通过固定架20固定在安装座9下面，激发电极22与抛散筒21安装在一起，受控制系统5控制。

外置消雾设备15的工作过程如下：控制系统5控制激发电极2，激发抛散筒21，将预先置于抛散筒21里的消雾剂洒出，完成消雾。

内置消雾设备14和外置消雾设备15可以同时或各自播撒消雾剂，消雾设备还包括检测探测设备，检测探测设备设有：天气雷达、卫星接收设备、PMS云粒子测量系统、气象仪、GPS定位及数传系统、双通道微波辐射计。

在本实施例的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器中，消雾设备还可以具有机载碘化银发生器，液氮发生器，焰弹发生器，干冰播撒器，盐粉、尿素播撒设备和HB-1型消雾剂播撒设备。

图4是本实施例的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器的控制系统图，由图4可以看出，控制系统5具有导航控制及通信、监控功能，包括导航单元23、控制单元24、通信单元25、视频监控单元26和地面控制站27。

导航单元23用于提供飞行任务航线并给控制单元发送操纵指令，主要包括机载计算机、导航软件、定位模块及各种传感器；控制单元24用于执行导航单元发送的操纵指令，驱动操纵执行机构，改变飞行姿态及航线，主要包括驱动机构和供电模块；通信单元25用于飞行体与地面控制站之间进行数据交互，主要包括发射电台和接收天线；视频监控单元26用于将飞行体上安装的视频监拍设备所拍摄的视频下传到地面站并在显示器上显示；地面控制站27用于完成对飞行路线的设定、状态数据的输入、飞行指令的发出和飞行轨迹的监控和对飞行体反馈数据的接收处理，主要包括手持遥控设备和监控设备。

图5是本实施例的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器与地面牵引发射装置的连接示意图，参看图5，地面发射装置包括牵引车7、发射固定座6、脱离装置28和防护装置29，用于具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器从地面牵引起飞。

发射固定底座6设于牵引车7上；待发射的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器置于发射固定底座6上，并通过收紧带30与收紧绞盘31连接；防护装置29设在发射底座的前端；脱离装置28设于发射固定底座6中部，位于待发射无人机下方。具体工作过程已在实用新型专利ZL201220565967.0（授权公告号CN202879795U）中公开，这里不再详细说明。

图6是本实用新型具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器的系统框图。

图7是具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器地面起飞示意图，具体起飞过程已在实用新型专利ZL201220565967.0（授权公告号CN202879795U）中公开，这里不再详细说明。在控制具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器上升到预定高度后，按照预定航线飞行至目标坐标点，在任务目标点完成播撒消雾剂自动消雾的任务后，再按照预定路线返回到目的地空域，并判断高度信息以及着陆场风向信息，采用雀降的方式实现定点降落。

图8是本实用新型的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器空投发射示意图。不言而喻，本领域的技术人员完全可以参照图8和本实用新型的说明书内容对具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器实施空投发射。

采用柔翼无人飞行器进行消雾作业，是从未有过的一种消雾作业方法，因为柔翼无人飞行器以大面积冲压翼伞为机翼，该翼伞所产生的气动阻力足以避免柔翼无人飞行器不会以高速度降落地面使设备受损，所以从某种意义上说，柔翼无人飞行器的安全性远高于无人机甚至高于某些有人驾驶的飞机。

本实施例所采用的有关参数如下：

有效载荷：≥200kg；

燃油重量：≥60kg；

起飞重量：≤500kg；

续航时间：≥6h；

巡航速度：≤50km/h；

最大飞行高度海拔：5000m；

控制方式：手动遥控和自主导航，自主导航控制模式具备外部接口，使用前可临时输入目标点坐标；

手动遥控距离：10km（加增程）；

起飞方式：发射车拖曳起飞；

起飞距离：≤150m；

起落架：滑撬式起落架；

降落方式：手动遥控及自主着陆；

具备消雾设备的搭载接口和控制启动接口；

本实施例所使用的消雾剂：消雾剂分为喷涂式消雾剂和增加式消雾剂两种类型。喷涂式消雾剂又有无机喷涂式消雾剂、高分子喷涂式消雾剂和复合喷涂式消雾剂。无机喷涂式消雾剂是由SiO2水合物的硅胶乳、A1203水合物乳胶、非离子或阴离子表面活性剂、交联剂、催化剂和消泡剂按一定比例配制成的复合物。高分子喷涂式消雾剂主要是聚醚磺酸盐及聚甲基丙烯酸乙二醇葡萄糖加入少量助剂与溶剂复配而成。复合型喷涂式消雾剂主要由糖苷型非离子表面活性剂与一般阳离子表面活性剂配制而成的复合物。增加式消雾剂可分为含氟、含硅、含磷和含硼消雾剂。氟增加式消雾剂是指碳氢链亲油基上的氢原子完全被氟取代了的表面活性剂。在增加式消雾剂中，含氟类消雾剂效果最佳。因为氟增加式消雾剂中的C—F键具有良好的耐热性、化学稳定性和憎水憎油双重性，C—F键在其表面形成一个定向安排列层以降低水的表面张力，能使水滴下落的更快，并且降低了表面的挥发量，使空气中蒸汽压降至饱和蒸汽压以下。硅增加式消雾剂是以硅氧烷为亲油基与亲水基团构成的一类活性剂。它具有优异的热稳定性和化学稳定性，且降低表面张力的能力仅次于氟增加消雾剂而大于烃系增加式消雾剂。

本实施例通过多架次往复作业，在30分钟内可消除或稀释跑道区域的暖雾，提高能见度，并保持一段时间。

Claims (5)

1.一种具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器，其特征在于，包括：柔性冲压翼伞（1）、结构舱体（2）、动力系统（3）、消雾设备和控制系统（5）；柔性冲压翼伞（1）给系统提供升力，

柔性冲压翼伞（1）的下部通过伞绳（8）连接结构舱体（2）；结构舱体（2）内部安装有控制系统（5）和内置消雾设备（14），尾部安装动力系统（3）；

结构舱体（2）主要包括舱体框架（10）、安装座（9）和滑撬式起落架（11），安装座（9）固定在舱体框架（10）底部向两侧伸出，其上分别安装外置消雾设备（15），滑撬式起落架（11）安装在舱体框架（10）下部，用于系统的起飞、降落缓冲；

动力系统（3）用于提供飞行所需的动力，主要包括发动机（12）和螺旋桨（13）；

消雾设备包括内置消雾设备（14）和外置消雾设备（15），用于同时或各自播撒消雾剂，内置消雾设备（14）安装在结构舱体（2）内部，外置消雾设备（15）安装在结构舱体（2）外部；

内置消雾设备（14）由抛散舱（16）、插板（17）、舵机（18）和投放口（19）构成，抛散舱（16）安装在结构舱体（2）中，底部在结构舱体（2）上开有投放口（19），插板（17）安装在抛散舱（16）下部并盖住投放口（19），舵机（18）一端与插板（17）相连，并受控制系统（5）控制；

外置消雾设备（15）由固定架（20）、抛散筒（21）和激发电极（22）构成，抛散筒（21）通过固定架（20）固定在安装座（9）下面，激发电极（22）与抛散筒（21）安装在一起，并受控制系统（5）控制；

消雾设备还包括检测探测设备，检测探测设备设有：天气雷达、卫星接收设备、PMS云粒子测量系统、气象仪、GPS定位及数传系统、双通道微波辐射计；

控制系统（5）具有导航控制及通信、监控功能，包括导航单元（23）、控制单元（24）、通信单元（25）、视频监控单元（26）和地面控制站（27）；

导航单元（23）用于提供飞行任务航线并给控制单元发送操纵指令，主要包括机载计算机、导航软件、定位模块及各种传感器；控制单元（24）用于执行导航单元发送的操纵指令，驱动操纵执行机构，改变飞行姿态及航线，主要包括驱动机构和供电模块；通信单元（25）用于飞行体与地面控制站之间进行数据交互，主要包括发射电台和接收天线；视频监控单元（26）用于将飞行体上安装的视频监拍设备所拍摄的视频下传到地面站并在显示器上显示；地面控制站（27）用于完成对飞行路线的设定、状态数据的输入、飞行指令的发出和飞行轨迹的监控和对飞行体反馈数据的接收处理，主要包括手持遥控设备和监控设备。

2.根据权利要求1所述的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器，其特征在于，消雾设备还具有机载碘化银发生器，液氮发生器，焰弹发生器，干冰播撒器，盐粉、尿素播撒设备和HB-1型消雾剂播撒设备。

3.根据权利要求1所述的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器，其特征在于，地面发射装置包括牵引车（7）、发射固定座（6）、脱离装置（28）和防护装置（29），用于具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器从地面牵引起飞；

发射固定底座（6）设于牵引车（7）上；待发射的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器置于发射固定底座（6）上，并通过收紧带（30）与收紧绞盘（31）连接；防护装置（29）设在发射底座的前端；脱离装置（28）设于发射固定底座（6）中部，位于待发射无人机下方。

4.根据权利要求1所述的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器，其特征在于，该无人飞行器通过安装在飞机上的空投装置发射。

5.根据权利要求1～4任一项所述的具有自动消雾功能的柔翼无人飞行器，其特征在于，设有地面遥控系统，其控制该柔性冲压翼伞无人机飞行到预定高度后，按照预定航线飞行至目标坐标点，在任务目标点完成播撒消雾剂自动消雾的任务后，按照预定路线返回到目的地空域，并判断高度信息以及着陆场风向信息，采用雀降的方式实现定点降落。

Images