一种海山地形无人机应急充气回收平台

一种海山地形无人机应急充气回收平台
[0001][0002]
技术领域
[0003]
本发明涉及无人机回收领域，特别涉及海山地形无人机应急充气回收平台。


背景技术：

[0004]
随着无人机性能的不断提高和载机平台的不断演化，无人机从起初功能相对单一，逐步拓展到充当诱饵、反雷达、电子压制、目标校射、战场毁伤评估、通信中继、侦察和作战等多种用途，地位作用日益重要。除此之外，无人机在信息化武器和智能化武器为主导的“非接触战争”中发挥着重要作用，在某些特殊作战区域执行战场侦察、反潜反舰、两栖突击、空中预警等危险任务变得日益广泛，掌握未来战争中的制海权、制空权，从而增强国家国防实力。我国地形地貌较为复杂，全球陆地上的5种基本地貌类型，中国均有分布。沙漠、山地和海上等特殊环境更是为无人机的应急回收和中转着落带来巨大挑战。因此，研究面向海山地形的固定翼无人机和直升机的应急回收和中转着落平台具有深远意义，不仅对减小无人机损耗，增加无人机作战半径，保障领土安全具有重要意义，也是国际普遍关注的重要问题。
[0005]
通常无人机较有人机有更强壮的机身，可搭载且不受飞行员生理条件的限制，因此无人机具有较大的军用和民用价值。传统中小型无人机回收方法主要包括常规跑道回收、撞网回收、天钩回收和伞降回收等方式。
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常规跑道回收是大多数固定翼无人机采用的回收方式，其原理与有人驾驶飞机类似，需要专用跑道或者开阔的场地，因此缺乏灵活性。为了缩短滑跑距离，有些无人机会在尾部装上尾钩，在滑跑过程中，尾钩勾住地面的拦截锁，通过拦截索的弹性变形吸收无人机的动能。对于海山地形而言，常规跑道回收方法灵活性较差，需预先在指定的、较为平坦的地形上搭建跑道，因此无法满足无人机的应急回收要求。
[0007]
撞网回收方式是在舰船的尾部张开回收网，使无人机直接飞入网中，成功捕获后，降低高度，人工将无人机从网中运出。至今国内外无人机撞网回收典型结构有单网三杆、双网双杆、单网单杆和单网双杆4种方案，前两者需要吸能缓冲装置，而单网单杆需要旋转驱动装置和阻尼器，单网双杆结构主要靠网体和支架的弹性变形对无人机进行吸能缓冲，不需额外的阻尼缓冲装置。撞网回收方式所需的空间小、设备简单，回收的无人机不需要着落装置，对着落轨迹跟踪精度要求低，只需维持尽可能低的撞网速度即可。但存在以下缺点：1.撞网时要尽可能的减小横向速度和侧滑角，否则会增加无人机受损的机率；2.对于使用螺旋桨的无人机，容易在回收时折断桨叶或是桨叶切断回收网，增加无人机损坏风险与维修成本，从而影响回收装置准备时间和工作效率；3.该回收方法手动操作量高，难实现机械化。
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天钩回收技术是在撞网回收技术的基础上发展起来的。天钩回收系统通常主要由
捕获装置(无人机翼尖小钩、回收架、回收绳)、吸能缓冲装置和导引装置组成。导引装置将无人机引导至捕获装置附近，当无人机机翼撞到回收绳后，回收绳沿着机翼滑行至翼尖，翼尖小钩勾住并锁定回收绳，此时发动机停车，之后无人机会绕回收绳做回旋减速运动，当摆动幅度降低到一定程度后人工取下完成回收。该回收机构较为简单，适用于空间较小的舰船上使用。同时可以满足较大型无人机起飞和降落要求。但如何保证无人机能够以预期的姿态减速是回收作业中的一大难点。
[0009]
伞降回收是通过无人机带着降落伞到达回收区域和适当高度时开伞降落实现速度缓冲的回收方式，在低速无人机广泛应用。无人机需装备回收降落伞，通过降落伞对无人机进行减速，并实现以较小速度接触地面，从而达到回收目的。该方法具有重量轻、对场地要求不高、包装后体积小、成本相对低、性能稳定、工艺简单和开伞动载小等优点。但存在降落伞极易受风的影响，降落伞打开之后无法修正误差，导致无人机极易撞上地面建筑等缺点。


技术实现要素：

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本发明公开了一种海山地形无人机应急充气回收平台，该平台具有在海山地形(如沙漠、山地和海上等)应急回收中小型固定翼无人机和直升机的能力，可通过自身携带的动力装置使其预先到达无人机预降落位置，随后将自身气囊结构展开，形成回收跑道面，等待无人机应急降落。该种无人机回收方法不限地形因素影响，可跨地域对无人机应急回收，降低了无人机应急回收难度，减小无人机损耗，同时也可作为补给平台，增加无人机作战半径，为无人机远距离执行任务提供保障。
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本发明具有以下有益效果：
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1.海山地形无人机应急充气回收平台具有回收和展开功能，执行任务时对结构进行展开操作从而实现无人机回收，对无人机回收完毕后可对充气回收平台进行折叠操作，从而减小回收平台体积和飞行时的阻力；
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2.海山地形无人机应急充气回收平台可在海山地形上对无人机进行应急回收作业和无人机中转作业，减小了无人机因在海山地形应急降落的危险和增大无人机作战半径，其中海山地形包括沙漠、山地和海上等；
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3.海山地形无人机应急充气回收平台自带动力系统，具有飞行能力，在接收执行任务指令后可快速飞抵任务区域执行任务。
附图说明
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图1为海山地形无人机应急充气回收平台正视图；
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图2为海山地形无人机应急充气回收平台下视图；
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图3为海山地形无人机应急充气回收平台上视图；
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图4为海山地形无人机应急充气回收平台斜视图；
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图5为海山地形无人机应急充气回收平台回收固定翼无人机示意图；
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图6为海山地形无人机应急充气回收平台自回收示意图。
具体实施方式
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为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施实例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0022]
如图1-图4所示，海山地形无人机应急充气回收平台上端设置有圆形充气支撑平台，具有支撑回收过程中的无人机、在无人机回收前后对气囊结构进行展开和回收及在海上回收无人机时产生浮力的功能。当无人机准备着落时，圆形充气支撑平台会自行呈扇形沿两侧圆弧同时展开成锥面，对固定翼无人机提供良好的法向支撑，从而建立起固定翼无人机回收时所需的跑道。当无人机回收环境为海上时，圆形充气支撑平台还会为海山地形无人机应急充气回收平台提供所需要的浮力。圆形充气支撑平台主要由气囊和气囊回收轨道组成，气囊中部位置为圆形结构，四周为锥形结构，其中圆形结构为直升机回收平台16，主要负责接收由锥形结构处减速至静止的固定翼无人机和直接回收直升机；气囊锥形结构部分为固定翼无人机回收跑道12，延其环向每隔36
°
设置一组金属加强框10，从而防止回收固定翼无人机时该气囊锥形部分产生大变形使固定翼无人机回收失败。锥形部分的气囊为非连通区域，由相近的两组金属加强框10将其分为两部分，其中一部分为锥形气囊主体，另一部分为相近金属加强框10之间部分。气囊圆形结构下端设置有由金属圆杆组成的金属网7，金属网7负责加固气囊圆形结构。气囊的锥形结构和圆形结构间采用滑轨13连接，使锥形结构可沿该滑轨圆周滑动。
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锥形部分气囊中各加强框10顶端与由圆形伸缩杆组成的圆形可伸缩框架15相连接，圆形可伸缩框架15具有限制气囊过大变形、传递无人机载荷和牵引气囊回收和展开的功能。锥形部分气囊中各加强框下部支撑梁顶端设置有牵引杆14，初始位置的支撑梁上固定有牵引杆控制装置18，其余牵引杆设置有牵引杆固定装置19，可通过协同控制牵引杆14使其沿所在圆周方向进行回收和展开，从而带动与其相连的圆形可伸缩框架15和气囊，实现圆形充气支撑平台的回收和展开。
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圆形充气支撑平台下端设置有动力装置，负责为海山地形无人机应急充气回收平台提供驱动力，使其在空中快速移动。动力装置由壳体4、上支撑液压油缸1、下支撑液压油缸5、内支撑杆9、总控制系统6、螺旋桨11、发动机8和导流板17组成，其中壳体4用于固定动力装置中的各零件，上支撑液压油缸1负责通过金属网7和壳体4连接圆形充气支撑平台和动力装置，下支撑液压油缸5负责通过壳体4连接支撑固定装置2。当需要在凹凸不平的山地上回收无人机时，下支撑液压油缸5会自动调整其伸长量，使四个支撑固定装置2能够支撑到地面。当调节下支撑液压油缸5无法满足圆形充气支撑平台处于水平位置要求时，可通过调节上支撑液压油缸1伸长量使圆形充气支撑平台满足处于水平位置的要求。内支撑杆9位于壳体4上端，且与上支撑液压油缸1相连接，可加强壳体4强度，防止发动机8在工作时导致壳体过度变形，从而导致上、下支撑液压油缸和螺旋桨11折断。总控制系统6内部整合了通信系统、支撑液压油缸控制系统、气囊展开控制系统和发动机控制系统，分别负责接收和执行指令、调节各支撑液压油缸位置、控制气囊充气回收和展开以及控制海山地形无人机应急充气回收平台飞行姿态。螺旋桨11、发动机8和导流板17负责提供动力和姿态控制。
[0025]
下支撑液压油缸5底端设置有支撑固定装置2。支撑固定装置2上设置有锚定装置3，当无人机充气回收平台着落时，锚定装置3启动，使其与地面或海床紧密相连，保证在无
人机回收过程中整体结构处于稳定状态。
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如图5所示，当准备回收无人机时，海山地形无人机应急充气回收平台按指令要求提前飞抵无人机预降落位置，锚定完成后开始对气囊进行充气和牵引，使气囊完全展开。固定翼无人机降落时，需要求固定翼无人机以预定姿态飞入圆形充气支撑平台中气囊锥形结构部分，随后在其上做圆周减速运动，最后停放在直升机降落位置。直升机降落时，其可直接降落在圆形充气支撑平台中部的直升机回收平台上。
[0027]
当准备起飞固定翼无人机时，无人机环绕圆形充气支撑平台中气囊锥形结构部分做圆周加速运动，当无人机达到起飞速度时脱离跑道，从而完成起飞。随后对气囊进行放气和牵引操作，使其完成回收，最后启动发动机，解除锚定装置，按指令执行下一任务。当准备起飞直升机时，直升机从直升机回收平台缓慢起飞，随后对海山地形无人机应急充气回收平台执行和固定翼无人机起飞后相同的操作。

技术特征：
1.一种海山地形无人机应急充气回收平台，其特征在于：海山地形无人机应急充气回收平台上端设置有圆形充气支撑平台，具有支撑回收过程中的无人机、在无人机回收前后对气囊结构进行展开和回收以及在海上回收无人机时产生浮力的作用；海山地形无人机应急充气回收平台下端设置有动力装置，负责为其驱动力，使其在空中可快速移动；海山地形无人机应急充气回收平台底端设置有支撑固定装置2，通过自身安装的锚定装置3可使其与地面或海床紧密连接，保证其在无人机回收过程中将具有良好的稳定性。2.根据权利要求1所述的一种海山地形无人机应急充气回收平台，其特征在于：圆形充气支撑平台主要由气囊和气囊回收轨道组成，气囊中部位置为圆形结构，四周为锥形结构，其中圆形结构为直升机回收平台16，主要负责接收由锥形结构处减速至静止的固定翼无人机和直接回收直升机；气囊锥形结构部分为固定翼无人机回收跑道12，在其上每隔36
°
设置一组金属加强框10，从而防止回收固定翼无人机时该气囊部分产生大变形从而使固定翼无人机回收失败，锥形部分的气囊为非连通区域，由相近的两组金属加强框10将其分为两部分，其中一部分为锥形气囊主体，另一部分为相近金属加强框10之间部分，气囊的锥形结构和圆形结构间采用滑轨13连接，使锥形结构可沿该滑轨13圆周滑动。3.根据权利要求2所述的一种海山地形无人机应急充气回收平台，其特征在于：锥形部分气囊中各加强框10顶端与由圆形伸缩杆组成的圆形可伸缩框架15相连接，圆形可伸缩框架15具有限制气囊过大变形、传递无人机载荷和牵引气囊回收和展开的功能。4.根据权利要求2所述的一种海山地形无人机应急充气回收平台，其特征在于：锥形部分气囊中各加强框10下部支撑梁顶端设置有牵引杆14，初始位置的支撑梁上固定有牵引杆控制装置18，其余牵引杆14设置有牵引杆固定装置19，可通过协同控制牵引杆14沿所在圆周方向进行回收和展开，从而带动与其相连的圆形可伸缩框架15和气囊，实现圆形充气支撑平台的回收和展开。5.根据权利要求1所述的一种海山地形无人机应急充气回收平台，其特征在于：动力装置由壳体4、上支撑液压油缸1、下支撑液压油缸5、内支撑杆9、总控制系统6、螺旋桨11、发动机8和导流板17组成，其中壳体4用于固定动力装置中的各零件，上支撑液压油缸1负责连接圆形充气支撑平台和动力装置，下支撑液压油缸5负责连接支撑固定装置2，当需要在凹凸不平的复杂地形上回收无人机时，上、下液压油缸会自动调整其伸长量，使上端的圆形充气支撑平台始终处于水平状态；内支撑杆9则可加强壳体4强度，防止其过度变形；总控制系统6则负责接收和执行指令，控制气囊充气、回收和展开、各支撑液压油缸位置以及海山地形无人机应急充气回收平台飞行姿态；螺旋桨11、发动机8和导流板17负责提供动力和姿态控制。6.根据权利要求1所述的一种海山地形无人机应急充气回收平台，其特征在于：支撑固定装置2上设置有锚定装置3，当海山地形无人机应急充气回收平台自行着落时，锚定装置3启动，使其与地面或海床紧密相连，保证在无人机回收过程中整体结构处于稳定状态。7.根据权利要求1所述的一种海山地形无人机应急充气回收平台，其特征在于：当准备回收无人机时，海山地形无人机应急充气回收平台按指令要求提前飞抵无人机预降落位置，锚定完成后开始对气囊进行充气和牵引，使气囊完全展开，固定翼无人机降落时，需要求无人机以预定姿态飞入圆形充气支撑平台，随后在其内部做圆周减速运动，最后停放在直升机降落位置；直升机降落时，其可直接降落在圆形充气支撑平台中的直升机回收平台
上，无人机起飞过程与回收过程相反。

技术总结
本发明公开了一种海山地形无人机应急充气回收平台，主要包括圆形充气支撑平台、动力装置和固定装置。圆形充气支撑平台由气囊和气囊回收轨道组成，气囊负责支撑无人机和海上回收无人机时产生浮力，气囊回收轨道负责将气囊结构回收和展开。动力装置负责为海山地形无人机应急充气回收平台提供驱动力，使其可在空中快速移动。为增加无人机回收过程中回收平台的稳定性，在动力装置下端设置可锚定地面或海床的支撑固定装置。海山地形无人机应急充气回收平台具有快速、跨地域、在海山地形(如沙漠、山地和海上等)应急回收和中转中小型无人机(包括固定翼飞机和直升机)的功能，从而降低无人机在应急回收时的损耗并增加无人机任务半径。机在应急回收时的损耗并增加无人机任务半径。机在应急回收时的损耗并增加无人机任务半径。


技术研发人员：董博 吕胜利
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/6/28