CN115556954A - 一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，包括上滑轨、上支撑杆、轮子、驱动阻尼装置、下滑轨、液压缸、支撑平台、拦阻索、平台滑轨、滑块、距离姿态传感器和智能控制系统。无人机起飞时，智能控制系统控制液压缸带动平台展开，装载无人机并使驱动阻尼装置带动起降平台移动到预定起飞位置，通过分析起飞参数，计算弹射无人机所需驱动力大小，从而利用驱动阻尼装置带动支撑平台弹射无人机；无人机着陆时，智能控制系统分析由距离姿态传感器采集到的无人机着陆信息，计算无人机进近轨迹，调整平台偏转角度所及其所在位置，利用平台上的多道拦阻索形成的拦阻网捕获无人机，最后利用智能控制系统计算阻尼力，着陆无人机。

Description

一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台

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智能轨道快速起降平台。

背景技术

随着航空母舰、战列舰、驱逐舰、护卫舰和两栖舰等军舰装备舰载无人机日益增加，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、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。利用小排水量的舰船搭载固定翼无人机，到达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。因此，研究面向舰船的固定翼无人机着舰回收技术，不仅对掌握海上制空权，维护海洋权益，保障领海安全具有重要意义，也是国际普遍关注的重要问题。

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、常规跑道回收、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。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。

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。

常规跑道回收是模仿有人舰载机回收过程，利用大型舰船或者航空母舰甲板上的跑道进行回收的，此外无人机着舰之后还需利用相关钩锁装置进行拦阻从而迫使无人机快速减速。此种回收方式要求根据无人机的性能设计合理的着舰轨迹线，要求无人机具有良好的轨迹跟踪能力，考虑到舰船运动和舰尾流的影响，要求无人机具有较强的抗干扰能力，这样才能保证无人机安全着舰。目前来看，此项回收技术仅仅只有美国掌握，也仅有美国的无人机实现了航母上的跑道回收，其中包括知名的“X-47B”无人机等。

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。但以上方法均有明显的缺点，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。

发明内容

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智能轨道快速起降平台，该方法利用支撑平台12上的拦阻索11约束无人机起落架，利用起降平台12上的驱动阻尼装置10为支撑平台提供驱动力和阻尼力，实现无人机短距起飞和着落。此外，起降平台具有可折叠功能，在工作状态处于展开状态，在非工作状态时处于折叠状态，不占据甲板空间，对舰船外轮廓影响较小。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，包括包括上滑轨1、上支撑杆3、轮子6，7、驱动阻尼装置10、下滑轨2、液压缸、支撑平台12、拦阻索11、平台滑轨8、滑块9、距离姿态传感器和智能控制系统。

所述上、下滑轨1-2固定在舰船侧舷处，使所述支撑平台12与舰船甲板位于同一平面内，从而便于无人机在支撑平台12和舰船甲板之间转移，同时还保持足够的结构强度以分别承受拉、压载荷。

所述轮子包括上、下两组轮子，每组各包含4个轮子，其中，上端轮子6安装在全封闭上滑轨内部限位槽中，只保留一个沿滑轨轴向的自由度，避免支撑平台在工作中出现脱轨现象，下部轮子7安装在半封闭下滑轨内的限位槽内。

所述支撑平台上端安装有多道可拆卸并可调间距的拦阻索11，拦阻索两端固定在支撑平台12两侧的支撑肋上，从而将拦阻索11内部的拉应力传递到支撑平台12上；支撑平台12下端设置有4道滑轨8、四个耳片5和距离姿态传感器，其中，滑轨内部安装有可沿滑轨移动的滑块9。

所述滑块9安装在支撑平台底部滑轨上，可保证支撑平台实现水平方向在内的一定角度的偏转，当无人机着陆与水平面呈一定角度时可保证无人机安全着陆在平台上。

所述上支撑杆3通过驱动阻尼装置10与上端轮子6相连接，并在另一端与支撑平台上的耳片5相连接。

所述液压缸4一端通过轮轴上的耳片与下端轮子7相连接，另一端与支撑平台底部滑轨内的滑块9铰接，上部轮子6依次与所述驱动阻尼装置10、上支撑杆3和支撑平台12相连接，下部轮子7通过所述液压缸4与安装在平台滑轨内的滑块9与支撑平台12相连接。

所述距离姿态传感器安装在支撑平台12右侧，负责连续探测准备降落的无人机位置信息及姿态信息，在起降平台不工作时可将传感器拆下，提高传感器工作的寿命和可靠性。

所述智能控制系统安装在舰船甲板上，由于所述系统负责接受距离姿态传感器所采集到的实时数据及控制液压缸和驱动阻尼装置等多种功能，功能较为复杂，体积较为庞大，故将智能控制系统安装在甲板上。

无人机准备起飞时，通过对智能控制系统下达准备起飞指令，使智能控制系统通过传感器控制液压缸 4以建立合适油压，使其沿轴向伸长；滑块9在液压缸4的驱动下沿支撑平台下端滑轨8滑动，使支撑平台12展开到预定位置，并利用滑轨8的锁止机构将滑块锁定，随后智能控制系统通过距离姿态传感器获得起降平台位置，再通过控制驱动阻尼装置10为支撑平台提供动力，使其移动到位于舰船甲板上的无人机所在位置，然后将无人机移动到支撑平台12上并手动调整拦阻索11位置使其与无人机起落架后部接触，并将拦阻索固定，考虑到无人机需迎风起飞的情况，在以上操作完成后还需通过智能控制平台将支撑平台12移动至起飞位置。

无人机起飞时，通过对智能控制系统下达起飞指令，使智能控制系统采集无人机和支撑平台12的总重量及来流速度，并根据预存储在智能控制系统内的无人机起飞数据计算弹射无人机所需驱动力大小，随后控制驱动阻尼装置10对平台进行加速，当无人机脱离支撑平台后，为避免支撑平台冲出滑轨，需智能控制系统控制驱动阻尼装置10对支撑平台12施加阻尼减速至零，至此，无人机起飞过程完成。

无人机准备着陆时，通过对智能控制系统下达着陆指令，使距离姿态传感器开始采集准备降落的无人机位置及姿态信息，从而驱动液压缸使支撑平台展开至适合无人机着陆的角度，再通过控制驱动阻尼装置将起降平台运至智能控制系统算出适合无人机着陆的位置。

无人机着陆时，当无人机着陆到支撑平台12上时，各拦阻索11形成的拦阻网会捕获无人机的所有起落架，随后无人机带动平台沿滑轨运动，智能控制系统通过分析支撑平台和无人机总重力和沿滑轨运动速度，得到减速无人机所需的阻尼力，从而控制驱动阻尼装置10产生对支撑平台的阻尼力，在较短的距离内将无人机的速度降为0，最后控制驱动阻尼装置10将支撑平台12移动至舰船甲板回收处，并解除拦阻索11将无人机移动至舰船甲板上，至此，回收过程完成。

本发明具有以下有益效果：

1、起降平台与舰船船舷通过两条尺寸较小的滑轨相连接，对舰船改动较小；

2、起降平台具有可折叠功能，非工作状态时处于折叠状态，对舰船外轮廓影响较小；

3、起降平台具有驱动和阻尼功能，可实现无人机短距离起飞和着落；

4、支撑平台设置有多道可拆卸并可调间距的拦阻索。无人机起飞时，通过对支撑平台提供驱动力带动拦阻索运动，为无人机提供推力，实现无人机短距起飞；无人机降落时，多道拦阻索组成的拦阻网会捕获无人机的三组起落架，通过对支撑平台提供阻尼力实现无人机短距着落；

5、起降平台结构简单，建造、使用成本较低；

6、起降平台智能化高，无需进行太多人为操作；

7、起降平台使舰船节省无人机起降所需的甲板空间。

附图说明

图1为一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台工作状态示意图；

图2为本发明展开后的侧视图；

图3为本发明展开后的正视图；

图4为本发明根部的侧视图；

图5为本发明根部的斜视图；

图6为本发明的斜视图；

图7为本发明回收折叠的正视图；

图8为本发明智能控制系统斜视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合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仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图2-图8，一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，其特征在于：它包括上滑轨1、上支撑杆3、轮子6-7、驱动阻尼装置10、下滑轨2、液压缸4、支撑平台12、拦阻索11、平台滑轨8、滑块9、距离姿态传感器13和智能控制系统14。

所述上、下滑轨1-2固定在舰船末尾侧舷上，使所述支撑平台12展开时高度与舰船甲板处于同一水平面，从而便于无人机在支撑平台和舰船甲板之间转移，在支撑平台处于折叠状态时，上、下滑轨通过锁止机构将支撑平台固定在舰船侧舷处，节省舰船甲板空间。

所述轮子包括上、下两组轮子6-7，每组各包含4个轮子。其中，上端轮子6安装在全封闭上滑轨内部限位槽中，只保留一个沿滑轨轴向即舰船运动方向的自由度，增加起降平台的稳定性，避免支撑平台在工作中特别是无人机降落冲击时出现脱轨现象，使所述起降平台发生破坏。下端轮子7安装在半封闭下滑轨内的限位槽内。

所述支撑平台12上端安装有多道可拆卸的拦阻索11，且拦阻索间距可通过锁止机构进行调节，拦阻索11两端固定在支撑平台两侧的支撑肋上，从而将拦阻索11内部的拉应力传递到支撑平台上；支撑平台 12下端设置有4道滑轨8、四个耳片5和距离姿态传感器13。其中，滑轨内部安装有可沿滑轨移动的滑块 9，使支撑平台12能够实现一定角度的偏转，耳片5和上支撑杆3相连，与支撑平台底部滑块9一起提供平台垂直上下滑轨轴向的自由度，使支撑平台能够顺利展开和折叠，所述耳片5处还应有锁止机构，在所述支撑平台不工作处于折叠状态时，与滑块9的锁止机构一起固定支撑平台12在上下滑轨上，防止舰船行驶过程中支撑平台晃动出现损坏。

所述上支撑杆3通过驱动阻尼装置10与上端轮子6相连接，并在另一端与支撑平台上的耳片5相连接。

所述液压缸4一端通过轮轴上的耳片与下端轮子相连接，另一端与支撑平台底部滑轨内的滑块9铰接，上部轮子6依次与所述驱动阻尼装置10、上支撑杆3和支撑平台12相连接，下部轮子7通过所述液压缸 4与安装在平台滑轨内的滑块9与支撑平台12相连接。该结构通过液压缸4和滑块9的配合运动可实现支撑平台的大角度折叠。

所述距离姿态传感器13安装在支撑平台12右侧，负责连续探测准备降落的无人机位置信息及姿态信息，在起降平台不工作时可将传感器拆下，提高传感器工作的寿命和可靠性。

所述智能控制系统14安装在舰船甲板上，由于所述系统负责接受距离姿态传感器所采集到的实时数据及控制液压缸和驱动阻尼装置等多种功能，功能较为复杂，体积较为庞大，故将智能控制系统安装在甲板上。

工作原理：

参照图1-图4，无人机准备起飞时，通过对舰船甲板上智能控制系统下达准备起飞指令，使智能控制系统通过安装在液压缸油泵上的控制器增大液压缸内油压，液压缸在油压作用下其沿轴向伸长；滑块9在液压缸4的驱动下沿支撑平台下端滑轨8滑动，使支撑平台12展开到水平位置，并利用滑轨8的锁止机构将滑块锁定，随后智能控制系统14通过距离姿态传感器13获得起降平台位置，对驱动阻尼装置上的控制器发出命令，控制驱动阻尼装置使支撑平台移动到位于舰船甲板上的无人机所在位置，然后将无人机移动到支撑平台12上并手动调整拦阻索11位置使其与无人机起落架后部接触，并将拦阻索固定，考虑到无人机需迎风起飞的情况，在以上操作完成后还需智能控制平台再次对控制器发出命令，使驱动阻尼装置将支撑平台12移动至起飞位置。

无人机起飞时，通过对智能控制系统下达起飞指令，使智能控制系统采集无人机和支撑平台12的总重量及来流速度，并根据预存储在智能控制系统内的无人机起飞数据计算弹射无人机所需驱动力大小，随后智能控制系统发送命令至驱动阻尼装置控制器，使驱动阻尼装置10对平台进行加速，当无人机脱离支撑平台后，为避免支撑平台冲出滑轨，驱动阻尼装置控制器会控制驱动阻尼装置10对支撑平台12施加阻尼减速至零，至此，无人机起飞过程完成。

无人机准备着陆时，通过对智能控制系统下达着陆指令，使距离姿态传感器开始采集准备降落的无人机位置及姿态信息，距离姿态传感器发送信号反馈给智能控制系统，控制系统发送命令给油泵控制器，驱动液压缸运动，带动滑块运动至一定位置并固定，使支撑平台展开至适合无人机着陆的角度，再通过驱动阻尼控制器控制驱动阻尼装置，将起降平台运至智能控制系统算出适合无人机着陆的位置。

无人机着陆时，当无人机着陆到支撑平台12上时，各拦阻索11形成的拦阻网会捕获无人机的所有起落架，随后无人机带动平台沿滑轨运动，智能控制系统通过分析支撑平台和无人机总重力和沿滑轨运动速度，得到减速无人机所需的阻尼力，从而发送命令给驱动阻尼控制器，控制驱动阻尼装置10产生对支撑平台的阻尼力，在较短的距离内将无人机的速度降为0，最后再控制驱动阻尼装置10将支撑平台12移动至舰船甲板回收处，并通过移动滑块位置使支撑平台处于水平状态，并解除拦阻索11将无人机移动至舰船甲板上，至此，无人机回收过程完成，智能控制系统再对驱动阻尼控制器发出命令，使驱动阻尼装置将起降平台运送到合适位置，打开支撑平台底部滑轨处的锁止机构，再控制油泵减小液压缸的油压，实现平台的折叠，使其和上下滑轨固定在一起。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，其特征在于：它包括上滑轨1、上支撑杆3、轮子6，7、驱动阻尼装置10、下滑轨2、液压缸4、支撑平台12、拦阻索11、平台滑轨8、滑块9、距离姿态传感器13和智能控制系统14，所述上、下滑轨固定在舰船侧舷处，使所述支撑平台与舰船甲板位于同一平面内，从而便于无人机在支撑平台和舰船甲板之间转移，同时还保持足够的结构强度以分别承受拉、压载荷。

2.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，其特征在于：所述轮子包括上、下两组轮子6和7，每组各包含4个轮子，其中，上端轮子6安装在全封闭上滑轨内部限位槽中，只保留一个沿滑轨轴向的自由度，避免支撑平台在工作中出现脱轨现象，下部轮子7安装在半封闭下滑轨内的限位槽内。

3.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，其特征在于：所述支撑平台12上端安装有多道可拆卸并可调间距的拦阻索11，拦阻索两端固定在支撑平台两侧的支撑肋上，从而将拦阻索内部的拉应力传递到支撑平台上；支撑平台下端设置有4道滑轨8、四个耳片5和距离姿态传感器14，其中，滑轨内部安装有可沿滑轨移动的滑块9。

4.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，其特征在于：所述上支撑杆通过驱动阻尼装置10与上端轮子6相连接，并在另一端与支撑平台上的耳片相连接。

5.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，其特征在于：所述液压缸4一端通过轮轴上的耳片与下端轮子7相连接，另一端与支撑平台底部滑轨内的滑块9铰接，上部轮子6依次与所述驱动阻尼装置10、上支撑杆3和支撑平台12相连接，下部轮子7通过所述液压缸4与安装在平台滑轨8内的滑块与支撑平台相连接，该结构通过液压缸和滑块的配合运动可实现支撑平台的大角度折叠。

6.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，其特征在于：所述距离姿态传感器安装在支撑平台12右侧，负责连续探测准备着陆的无人机位置信息及姿态信息。

7.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，其特征在于：所述智能控制系统作用为控制驱动阻尼装置，使其产生合适的驱动力和阻尼力用于无人机的起飞着陆，接收并分析距离姿态传感器提供的无人机位置及姿态信息，判断无人机预着落位置，从而控制驱动阻尼装置带动着落平台移动到指定位置等待无人机着落，因无人机着落时会受到海风干扰，导致无人机进近轨迹时刻发生变化，因此需控制系统连续处理传感器提供的无人机信息，动态调整平台位置，使无人机能够准确降落到支撑平台。

8.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机舰载智能轨道快速起降平台，其特征在于，包括如下步骤：

无人机准备起飞时，通过对智能控制系统下达准备起飞指令，使智能控制系统控制液压缸4以建立合适油压，使其沿轴向伸长；滑块9在液压缸4的驱动下沿支撑平台下端滑轨8滑动，使平台12展开到预定位置，并利用滑轨8的锁止机构将滑块锁定，随后智能控制系统控制驱动阻尼装置10为支撑平台提供动力，使其移动到位于舰船甲板上的无人机所在位置，然后将无人机移动到支撑平台12上并手动调整拦阻索11位置使其与无人机起落架后部接触，并将拦阻索固定，考虑到无人机需迎风起飞的情况，在以上操作完成后还需通过智能控制平台将支撑平台移动至起飞位置。

无人机起飞时，通过对智能控制系统下达起飞指令，使智能控制系统采集无人机和支撑平台的总重量及来流速度，并根据预存储在智能控制系统内的无人机起飞数据计算弹射无人机所需驱动力大小，随后通过驱动阻尼装置10控制驱动阻尼装置对平台进行加速，当飞机脱离支撑平台后，为避免支撑平台冲出滑轨，需智能控制系统控制驱动阻尼装置10对支撑平台12进行减速操作，至此，无人机起飞过程完成。

无人机准备着陆时，通过对智能控制系统下达着陆指令，使距离姿态传感器开始采集准备降落的无人机位置及姿态信息，从而驱动液压缸带动滑块使支撑平台展开到适合无人机着落的沿滑轨方向的和沿支撑平台下端耳片转轴转动的位置。

无人机着陆时，当无人机降落到支撑平台12上时，各拦阻索11形成的拦阻网会捕获无人机的所有起落架，随后无人机带动平台沿滑轨运动，智能控制系统控制通过分析支撑平台重力和沿滑轨运动速度，得到减速无人机所需的阻尼力，从而控制驱动阻尼装置10产生对支撑平台的阻尼力，在较短的距离内将无人机的速度降为0，最后控制驱动阻尼装置10将支撑平台12移动至舰船甲板回收处，并解除拦阻索11将无人机移动至舰船甲板上，至此，回收过程完成。

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