CN115303433A - 一种固定翼无人机舰载充气回收平台、展开及回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定翼无人机舰载充气回收平台，属于无人机技术领域。利用气囊作为平台主支撑部件，利用钢索作为受拉部件，实现类似于梁结构的功能；在收缩展开过程中，通过绳索控制***、充放气***和遥控阀门联合控制各子气囊内压、上端两侧钢索以及下端钢索的拉力，实现各子气囊依次收缩与展开，从而实现平台的收放功能。该平台不占据甲板空间、质量轻，并且可伸缩，在非工作状态下对舰船外轮廓影响很小。

Description

一种固定翼无人机舰载充气回收平台、展开及回收方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种固定翼无人机舰载充气回收平台、展开及回收方法。

背景技术

通常无人机较有人机有更强壮的机身，且不受飞行员生理条件的限制，因此可采用一些较极端的着舰回收方法。无人机着舰回收以安全可靠、机动性好、使用次数多、机体及机载设备损伤小、操作简便和维修方便来满足其经济效益要求。传统无人机小型舰船回收方法主要包括撞网着舰回收、天钩回收和伞降回收等方式。

撞网着舰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甲板空间小、设备简单，回收的无人机不需要着舰装置，对着舰轨迹跟踪精度要求低，只需维持尽可能低的撞网速度即可。

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***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。

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。

发明内容

要解决的技术问题

撞网着舰回收方式存在以下缺点：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。

天钩回收中关于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。

伞降回收方法中存在降落伞极易受风的影响的情况，降落伞打开之后无法修正误差，导致无人机极易撞上甲板建筑等缺点。

从1911年凭借飞行员飞行技术飞机首次在舰船上降落，到经历降落伞/翼伞回收、撞网回收等发展历程。但以上方法仅适用于小型无人机的回收，目前针对中大型无人机海上舰船回收无较好方法。因此需要开展面向小型舰船的中大型无人机回收平台研究，为提高我国海上作战能力提供新的保障。

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种固定翼无人机舰载充气回收平台。利用气囊为平台提供支撑，利用钢索提供气囊上部的拉力。该平台不占据甲板空间、质量轻，并且可伸缩，在非工作状态下对舰船外轮廓影响很小。

技术方案

一种固定翼无人机舰载充气回收平台，其特征在于包括固定端结构、气囊钢索支撑结构、柔性钢索、气囊、柔性编织带、盖板和遥控阀门；所述固定端结构与舰船尾部和首个子气囊上的气囊加强框固定连接；所述气囊钢索支撑结构与所述气囊和柔性钢索相连；所述气囊由沿轴向方向首尾相连的十二段子气囊组成，并在各交界处安装遥控阀门，且在首个子气囊处设置充放气***并与固定端结构相连；所述柔性编织带缠绕在平台上端钢索上。

本发明进一步的技术方案：所述的固定端结构为铰链结构，当平台处于工作状态时，固定端结构处于锁死状态；当平台完成回收或开始展开时处于可转动状态，从而实现平台处于非工作状态时折叠垂放于舰船尾部。

本发明进一步的技术方案：所述的气囊钢索支撑结构包括气囊加强框和支撑肋板，其中，气囊加强框形状与气囊剖面形状相同，贴附在气囊表面与气囊固定连接；各支撑肋板为矩形金属板，上部位置开有允许支撑肋版上端两侧钢索穿过的通孔，并与气囊加强框固定连接，从而将支撑肋版上端钢索受到的载荷传递给气囊，并维持支撑肋版上端各钢索间间距保持不变。

本发明进一步的技术方案：所述的所述气囊加强框底端设置有限位孔，防止气囊加强框下端钢索在平台运行时出现滑脱现象。

本发明进一步的技术方案：所述柔性钢索由支撑肋板上端五根钢索和气囊加强框下端两根钢索组成，支撑肋板上端五根钢索中间三根与各支撑肋板固定连接，两侧钢索穿过各支撑肋板上的通孔；在首个子气囊处，支撑肋板上端两侧钢索与气囊加强框下端钢索与绳索控制***相连；在末梢气囊处，支撑肋板上端钢索与气囊加强框下端钢索皆固定在末梢肋板上，形成了一种用柔性钢索沿气囊轴向环向缠绕的形式。

本发明进一步的技术方案：所述的各子气囊截面形状为两个互过圆心的相交外轮廓部分，各子气囊交界处均位于气囊加强框处。

本发明进一步的技术方案：所述子气囊材料为尼龙-橡胶复合材料。

一种固定翼无人机舰载充气回收平台的展开方法，其特征在于：将固定端结构锁死机构解除，将平台由垂直后甲板贴附于船体的状态转变为平行于后甲板状态，调整固定端结构将其锁死，并保持所有遥控阀门处于关闭状态，然后通过绳索控制***牵引支撑肋板上端两侧钢索与气囊加强框下端钢索，同时利用充放气***为根部气囊充气，从而使根部处第一个气囊逐渐展开；当为第一个子气囊建立适当压力后，该子气囊在内部压力产生的轴向力与支撑肋板上端两侧钢索、气囊加强框下端钢索产生拉力的作用下处于平衡状态，随后将第一子气囊与第二子气囊间的遥控阀门打开，为第二气囊充气，从而实现前两节子气囊的展开；重复以上操作，将12节子气囊依次完全展开；当各子气囊展开到固定位置时，绳索控制***将4根钢索固定，充放气***保持气囊内部压力值恒定。

一种固定翼无人机舰载充气回收平台的回收方法，其特征在于：首先将各遥控阀门关闭，保持各气囊内压独立且不变，随后通过绳索控制***拉动支撑肋板上端两侧钢索与气囊加强框下端钢索，此时势必会引起第一子气囊内压升高，然后充放气***自主对第一子气囊放气，从而实现第一子气囊的回收；待第一子气囊回收完毕后，打开第一子气囊与第二子气囊间的遥控阀门，对第二子气囊进行钢索拉动和放气操作，实现第二子气囊回收；重复以上操作，将12节子气囊依次回收；最后通过固定端结构的旋转将已回收的12节子气囊旋转至垂于后甲板。

有益效果

本发明提供的一种固定翼无人机舰载充气回收平台，利用气囊作为平台主支撑部件，利用钢索作为受拉部件，实现类似于梁结构的功能；在收缩展开过程中，通过绳索控制***、充放气***和遥控阀门联合控制各子气囊内压、上端两侧钢索以及下端钢索的拉力，实现各子气囊依次收缩与展开，从而实现平台的收放功能。

固定翼无人机舰载充气回收平台在工作/非工作状态时均不占据舰船甲板空间，在非工作状态时垂于后甲板处，几乎不改变舰船外轮廓，对舰船气动特性及电磁特性无影响；处于工作状态时，通过对平台充气，使其从甲板后部平直地展开，对于跑道面而言，与传统跑道无区别。因此，无需对舰载无人机做出适应平台的改装。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为一种固定翼无人机舰载充气回收平台工作状态示意图；

图2为本发明充气展开后的斜视图；

图3为本发明充气展开后的正视图；

图4为本发明回收过程中的正视图；

图5为本发明完全回收后的正视图；

图6为首个子气囊的侧视图；

图7为气囊加强框中间位置平面处剖视图；

图8为平台根部局部视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图6-图8，一种固定翼无人机舰载充气回收平台，包括固定端结构1、气囊钢索支撑结构、柔性钢索、气囊2、柔性编织带3和遥控阀门13。所述固定端结构与舰船尾部和首个子气囊上的气囊加强框固定连接；所述气囊钢索支撑结构与所述气囊和柔性钢索相连；所述气囊由十二段首尾相连的子气囊构成，并在各交界处安装遥控阀门，且在首个子气囊处设置充放气***并与固定端结构相连；所述柔性编织带缠绕在平台上端钢索上。

所述固定端结构1一端固定在舰船尾部4，另一端与首个子气囊上的气囊加强框5固定连接，并在固定端结构中部设置可单自由度运动、可锁定的铰接点；当平台处于工作状态时，固定端结构1处于锁死状态；当平台完成回收或开始展开时处于可转动状态，从而实现平台处于非工作状态时折叠垂放于舰船尾部。

所述遥控阀门13安装在各子气囊交界处，通过各阀门配合工作，实现各子气囊依次收缩与展开。

所述气囊钢索支撑结构包括气囊加强框5和支撑肋板6，其中，气囊加强框5形状与气囊剖面形状相同，贴附在气囊2表面与气囊固定连接，其作用为限制气囊最大变形量和增大气囊内压许用值，以提高结构承载能力；各支撑肋板6为矩形金属板，上部位置开有允许支撑肋版上端两侧钢索穿过的通孔，并与气囊加强框5固定连接，从而将支撑肋版上端钢索7受到的载荷传递给气囊2，并维持支撑肋版上端各钢索间间距保持不变。

所述柔性钢索由支撑肋板上端五根钢索7和气囊加强框下端两根钢索8组成，支撑肋板上端五根钢索7中间三根与各支撑肋板6固定连接，两侧钢索穿过各支撑肋板上的通孔；在首个子气囊处，支撑肋板上端两侧钢索与气囊加强框下端钢索8与绳索控制***相连；在末梢气囊处，支撑肋板上端钢索7与气囊加强框下端钢索8皆固定在末梢肋板上，形成了一种用柔性钢索沿气囊2轴向环向缠绕的形式，利用充气后的气囊2提供轴向和法向支撑刚度，利用支撑肋板上端钢索7承受平台受载后在钢索内产生的拉载荷，利用气囊2的轴向刚度承受压载荷，利用气囊2法向刚度为整体结构提供法向支撑，从而分别模拟工程梁的上、下缘条和腹板，从而实现结构中以承受弯矩为主要载荷的目标。

所述气囊2由沿轴向方向首尾相连的十二段子气囊组成，各子气囊截面形状为两个互过圆心的相交外轮廓部分，各子气囊交界处均位于气囊加强框5处，保证较好的气密性和避免飞机在对中性不好的条件下着落产生降落平台发生扭转；首个子气囊处设置有充放气***10，并通过气囊加强框与固定端结构1相连。

所述柔性编织带3缠绕在支撑肋板上端钢索7上，从而对飞机提供支撑作用，将飞机着落时产生的冲击载荷依次传递给支撑肋板上端钢索7与气囊加强框下端钢索8、支撑肋板6、气囊加强框5和气囊2。

所述气囊加强框5底端设置有限位孔11，防止气囊加强框下端钢索8在平台运行时出现滑脱现象。

所述气囊材料为尼龙-橡胶复合材料，保证其具有足够轴向抗拉刚度、良好气密性和大柔韧性。

本发明提供的固定翼无人机舰载充气回收平台的工作原理：

参照图1-图5，无人机准备回收时，处于收起状态的回收平台要进行展开作业。首先，将固定端结构1锁死机构解除，将平台由垂直后甲板贴附于船体的状态转变为平行于后甲板状态，随后再次调整固定端结构1将其锁死，并保持所有遥控阀门13处于关闭状态，然后通过绳索控制***9牵引支撑肋板上端两侧钢索与气囊加强框下端钢索8，同时利用充放气***10为根部气囊充气，从而使根部处第一个气囊逐渐展开。当为第一个子气囊建立适当压力后，该子气囊在内部压力产生的轴向力与支撑肋板上端两侧钢索、气囊加强框下端钢索8产生拉力的作用下处于平衡状态，随后将第一子气囊与第二子气囊间的遥控阀门打开，为第二气囊充气，从而实现前两节子气囊的展开。重复以上操作，将12节子气囊依次完全展开。当各子气囊展开到固定位置时，绳索控制***9将4根钢索固定，充放气***10保持气囊2内部压力值恒定，至此，回收平台展开完毕。

无人机回收时，要求充放气***保持工作，各遥控阀门处于打开状态，维持各子气囊内部压力恒定，防止出现气囊因内压过大出现损伤。除此之外，还要求舰船姿态稳定，无人机对中性好，从而防止结构出现过度扭转。其余条件均与传统跑道着落条件相同。在无人机回收过程中，待回收无人机以某一水平和垂直速度接触回收平台的柔性编织带3。应注意的是，由于气囊2内已建立了高压环境，导致支撑肋板上端钢索7与气囊加强框下端钢索8均产生预拉应力。因此，缠绕在钢索7上的柔性编织带3具有足够刚度以承受无人机施加的冲击载荷。随后编织带3将位于轮胎处的集中载荷传递给被其缠绕的支撑肋板上端五根钢索7，然后支撑肋板上端五根钢索7将载荷传递给相邻的肋板6和气囊加强框5，最后载荷通过支撑肋板上端钢索7与气囊加强框下端钢索8和气囊2传递到平台根部的与舰船连接的固定端结构1。无人机接触回收平台后利用自身制动***实现减速，最后通过位于甲板边缘处的盖板12到达舰船甲板，完成回收任务。

无人机回收完毕后，检查各***完备性，并对平台进行回收。在平台回收过程中，首先将各遥控阀门关闭，保持各气囊内压独立且不变，随后通过绳索控制***9拉动支撑肋板上端两侧钢索与气囊加强框下端钢索，此时势必会引起第一子气囊内压升高，然后充放气***10自主对第一子气囊放气，从而实现第一子气囊的回收。待第一子气囊回收完毕后，打开第一子气囊与第二子气囊间的遥控阀门，对第二子气囊进行钢索拉动和放气操作，实现第二子气囊回收。重复以上操作，将12节子气囊依次回收。维持子气囊在被钢索拉动收拢过程中内压不变的目的是维持各子气囊支撑作用，防止平台塌陷。通过对子气囊依次放气实现平台沿轴线方向回收，各子气囊依次向内凹陷，并使气囊加强框首位连接，将各子气囊包裹起来，对气囊起到保护作用。最后通过固定端1的旋转将已回收的12节子气囊旋转至垂于后甲板处，最后取下盖板12，完成平台全部回收。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种固定翼无人机舰载充气回收平台，其特征在于包括固定端结构、气囊钢索支撑结构、柔性钢索、气囊、柔性编织带、盖板和遥控阀门；所述固定端结构与舰船尾部和首个子气囊上的气囊加强框固定连接；所述气囊钢索支撑结构与所述气囊和柔性钢索相连；所述气囊由沿轴向方向首尾相连的十二段子气囊组成，并在各交界处安装遥控阀门，且在首个子气囊处设置充放气***并与固定端结构相连；所述柔性编织带缠绕在平台上端钢索上。

2.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载充气回收平台，其特征在于所述的固定端结构为铰链结构，当平台处于工作状态时，固定端结构处于锁死状态；当平台完成回收或开始展开时处于可转动状态，从而实现平台处于非工作状态时折叠垂放于舰船尾部。

3.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载充气回收平台，其特征在于所述的气囊钢索支撑结构包括气囊加强框和支撑肋板，其中，气囊加强框形状与气囊剖面形状相同，贴附在气囊表面与气囊固定连接；各支撑肋板为矩形金属板，上部位置开有允许支撑肋版上端两侧钢索穿过的通孔，并与气囊加强框固定连接，从而将支撑肋版上端钢索受到的载荷传递给气囊，并维持支撑肋版上端各钢索间间距保持不变。

4.根据权利要求3所述的一种固定翼无人机舰载充气回收平台，其特征在于所述的所述气囊加强框底端设置有限位孔，防止气囊加强框下端钢索在平台运行时出现滑脱现象。

5.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载充气回收平台，其特征在于所述柔性钢索由支撑肋板上端五根钢索和气囊加强框下端两根钢索组成，支撑肋板上端五根钢索中间三根与各支撑肋板固定连接，两侧钢索穿过各支撑肋板上的通孔；在首个子气囊处，支撑肋板上端两侧钢索与气囊加强框下端钢索与绳索控制***相连；在末梢气囊处，支撑肋板上端钢索与气囊加强框下端钢索皆固定在末梢肋板上，形成了一种用柔性钢索沿气囊轴向环向缠绕的形式。

6.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载充气回收平台，其特征在于所述的各子气囊截面形状为两个互过圆心的相交外轮廓部分，各子气囊交界处均位于气囊加强框处。

7.根据权利要求6所述的一种固定翼无人机舰载充气回收平台，其特征在于所述子气囊材料为尼龙-橡胶复合材料。

8.一种固定翼无人机舰载充气回收平台的展开方法，其特征在于：将固定端结构锁死机构解除，将平台由垂直后甲板贴附于船体的状态转变为平行于后甲板状态，调整固定端结构将其锁死，并保持所有遥控阀门处于关闭状态，然后通过绳索控制***牵引支撑肋板上端两侧钢索与气囊加强框下端钢索，同时利用充放气***为根部气囊充气，从而使根部处第一个气囊逐渐展开；当为第一个子气囊建立适当压力后，该子气囊在内部压力产生的轴向力与支撑肋板上端两侧钢索、气囊加强框下端钢索产生拉力的作用下处于平衡状态，随后将第一子气囊与第二子气囊间的遥控阀门打开，为第二气囊充气，从而实现前两节子气囊的展开；重复以上操作，将12节子气囊依次完全展开；当各子气囊展开到固定位置时，绳索控制***将4根钢索固定，充放气***保持气囊内部压力值恒定。

9.一种固定翼无人机舰载充气回收平台的回收方法，其特征在于：首先将各遥控阀门关闭，保持各气囊内压独立且不变，随后通过绳索控制***拉动支撑肋板上端两侧钢索与气囊加强框下端钢索，此时势必会引起第一子气囊内压升高，然后充放气***自主对第一子气囊放气，从而实现第一子气囊的回收；待第一子气囊回收完毕后，打开第一子气囊与第二子气囊间的遥控阀门，对第二子气囊进行钢索拉动和放气操作，实现第二子气囊回收；重复以上操作，将12节子气囊依次回收；

最后通过固定端结构的旋转将已回收的12节子气囊旋转至垂于后甲板。

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