专利名称：无人机伞降防侧风倾覆装置的制作方法
技术领域：
本发明是用于改善无人机侧风着陆安全性的装置，能够使无人机在伞降过程中始终对准侧风来流方向，而不会出现触地侧翻倾覆的情况。主要应用在航空航天和无人机等技术领域。
背景技术：
无人机的伞降着陆是一种常见的着陆方式，其优点是对着陆场地要求低。然而无人机在伞降过程中由于动压低，垂尾不能提供足够的航向稳定力矩使机头对准来流方向。 因此无人机常因侧风着陆而在触地时发生侧翻及倾覆，甚至损坏无人机机体。本发明通过在无人机机身后部安装一个可向后伸出的气囊，利用其较大的面积和尾力臂破坏无人机在低动压情况下侧向气动的均勻特性，使无人机在气囊所产生偏航力矩的作用下，始终对准侧风来流方向，从而提高无人机在侧风着陆过程中的安全性。本发明的优点在于结构简单，可靠性高，重量轻，安装方便，可重复使用，适合以伞降方式着陆的无人机装备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增加无人机伞降着陆安全性的装置。本发明的特征在于，含有机械释放部、弹射充气部和电子控制部，其中机械释放部，含有底座、电磁铁、弹簧、支撑座、转轴、摇臂、吸盘和释放钩，其中底座和支撑座连成一体，用螺栓固定连接在无人机底面；弹簧一端与底座相连，另一端连接有一个和所述支撑座转动连接的摇臂，所述摇臂的另一端有一个与所述摇臂构成一体的释放钩，在所述摇臂具有释放钩一端的底面固定连接有一个吸盘；电磁铁，装有一个电磁铁线圈，该电磁铁固定在所述底座上，正对着所述吸盘的底面；弹射充气部，含有挂环、高压气瓶、电子气阀、弹射筒、气囊、滑动套筒、筒帽和弹性拉索，其中弹射筒，是底部封闭且头部开口的空心筒，沿所述弹射筒的底部外侧面固定连接有一个供所述释放钩插入的挂环，所述弹射钩的头部套接有一个筒帽；高压气瓶，装在弹射筒内，该高压气瓶的底部与所述弹射筒的内底面固定连接，而头部安装有一个电子气阀，朝向所述弹射筒的头部，以控制所述高压气瓶内的高压气体的释放；气囊，装在所述弹射筒头部内侧；滑动套筒，用螺栓固定连接在无人机底面，所述弹射筒滑动地套接在所述滑动套筒的内侧面上；弹性拉索，共计2根，沿着所述滑动套筒的轴向对称排布，一端固定连接在所述滑动套筒上，另一端固定连接在所述挂环上；
电子控制部，含有飞行控制计算机、一个用CMOS电子开关控制触点闭合的继电器和电源，其中所述继电器线圈的一端与所述电源的正极相连，另一端与所述CMOS开关的源极相连，所述CMOS开关的漏极与所述电源的负极相连，而栅极与所述飞行控制计算机的D/A 输出端相连，在输出为高电平时所述继电器的线圈接通电源，常开触点闭合；在输出为低电平时所述继电器的线圈断电，常开触点复位，所述继电器常开触点的一端连接电源正极，另一端与所述电源的负极之间并联连接所述电磁铁的线圈和所述电气阀门的控制线圈；在无人机起飞前，向机头方向拉动弹射筒，并使所述挂环挂在所述释放钩上锁定， 同时弹性拉索被拉紧；在无人机进入伞降状态时，飞行控制计算机的所述D/A端口输出高电平，所述继电器常开触点闭合，使所述电磁铁和电子气阀同时通电所述电磁铁通电吸引所述摇臂和所述释放钩向下运动，所述弹射筒在所述弹性拉索的牵引下，迅速向机尾方向运动，直到所述挂环受到滑动套筒阻止为止；同时所述电子气阀打开，所述气囊在所述高压气瓶内的高压气体的推动下顶开筒帽，并冲出所述弹射筒开始充气，直至完全膨胀；由于气囊充满压缩空气后具有很大的表面积，在侧风来流的作用下会产生侧力F ； 侧力乘以尾力臂1，指气囊气动中心到无人机重心的距离，会产生偏航力矩N = Fl ；因此在整个着陆过程中，无人机在偏航力矩N的作用下始终对准侧风来流的方向，从而避免在侧风着陆时出现侧翻及倾覆情况。本发明的优点在于结构简单，可靠性高，重量轻，安装方便，适合以伞降方式着陆的无人机安装使用。
图1是无人机伞降防侧风倾覆装置安装在无人机上的侧视图(收缩状态)。图2是弹射充气部的三维视图(收缩状态)。图3是无人机伞降防侧风倾覆装置安装在无人机上的俯视图(收缩状态)。图4是无人机伞降防侧风倾覆装置安装在无人机上的俯视图(打开状态)。图5是无人机伞降防侧风倾覆装置安装在无人机上的工作原理图(打开状态)。图1-5中，1.飞行控制计算机，2.继电器，3.电源，4.底座，5.电磁铁，6.弹簧， 7.支撑座，8.转轴，9.摇臂，10.吸盘，11.释放钩，12.挂环，13.高压气瓶，14.电子气阀， 15.弹射筒，16.气囊，17.滑动套筒，18.筒帽，19.弹性拉索，201.螺栓，202.螺栓，21.无人机。图6是电子控制部的接线原理图。图6中，L为继电器线圈，S为继电器常开触点，Ll为电磁铁线圈，L2为电子气阀控制线圈。
具体实施例方式无人机伞降防侧风倾覆装置用于防止无人机21在伞降触地机体因侧风吹袭而受损，主要由机械释放部、弹射充气部和电子控制部组成，其中机械释放部，含有底座4、电磁铁5、弹簧6、支撑座7、转轴8、摇臂9、吸盘10和释放钩11，其中
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底座4和支撑座7连成一体，用螺201栓固定连接在无人机底面；弹簧6 —端与底座4相连，另一端连接有一个和所述支撑座7转动连接的摇臂9，所述摇臂9的另一端有一个与所述摇臂9构成一体的释放钩11，在所述摇臂9具有释放钩11 一端的底面固定连接有一个吸盘10 ； 电磁铁5，装有一个电磁铁线圈，该电磁铁5固定在所述底座4上，正对着所述吸盘 10的底面；弹射充气部，含有挂环12、高压气瓶13、电子气阀14、弹射筒15、气囊16、滑动套筒17、筒帽18和弹性拉索19，其中弹射筒15，是底部封闭且头部开口的空心筒，沿所述弹射筒15的底部外侧面固定连接有一个供所述释放钩11插入的挂环12，所述弹射筒15的头部套接有一个筒帽18 ；高压气瓶13，装在弹射筒15内，该高压气瓶13的底部与所述弹射筒15的内底面固定连接，而头部安装有一个电子气阀14，朝向所述弹射筒15的头部，以控制所述高压气瓶13内的高压气体的释放；气囊16，装在所述弹射筒15头部内侧；滑动套筒17，用螺栓202固定连接在无人机底面，所述弹射筒15滑动地套接在所述滑动套筒17的内侧面上；弹性拉索，共计2根，沿着所述滑动套筒17的轴向对称排布，一端固定连接在所述滑动套筒17上，另一端固定连接在所述挂环12上；电子控制部，含有飞行控制计算机1、一个用CMOS电子开关控制触点闭合的继电器2和电源3，其中所述继电器2线圈的一端与所述电源3的正极相连，另一端与所述CMOS开关的源极相连，所述CMOS开关的漏极与所述电源3的负极相连，而栅极与所述飞行控制计算机1 的D/A输出端相连，在输出为高电平时所述继电器2的线圈接通电源，常开触点闭合；在输出为低电平时所述继电器2的线圈断电，常开触点复位，所述继电器2常开触点的一端连接电源3正极，另一端与所述电源3负极之间并联连接所述电磁铁5的线圈和所述电气阀门 14的控制线圈；在无人机起飞前，向机头方向拉动弹射筒15，并使所述挂环12挂在所述释放钩11 上锁定，同时弹性拉索19被拉紧；在无人机进入伞降状态时，飞行控制计算机1的所述D/A 端口输出高电平，所述继电器2常开触点闭合，使所述电磁铁5和电子气阀14同时通电所述电磁铁5通电吸引所述摇臂9和所述释放钩11向下运动，所述弹射筒15在所述弹性拉索19的牵引下，迅速向机尾方向运动，直到所述挂环12受到滑动套筒17阻止为止；同时所述电子气阀14打开，所述气囊16在所述高压气瓶13内的高压气体的推动下顶开筒帽18， 并冲出所述弹射筒15开始充气，直至完全膨胀；由于气囊16充满压缩空气后具有很大的表面积，在侧风来流的作用下会产生侧力F;侧力乘以尾力臂1，指气囊气动中心到无人机重心的距离，会产生偏航力矩N = Fl ；因此在整个着陆过程中，无人机在偏航力矩N的作用下始终对准侧风来流的方向，从而避免在侧风着陆时出现侧翻及倾覆情况。
权利要求
1.无人机伞降防侧风倾覆装置，其特征在于，含有机械释放部、弹射充气部和电子控制部，其中机械释放部，含有底座、电磁铁、弹簧、支撑座、转轴、摇臂、吸盘和释放钩，其中 底座和支撑座连成一体，用螺栓固定连接在无人机底面；弹簧一端与底座相连，另一端连接有一个和所述支撑座转动连接的摇臂，所述摇臂的另一端有一个与所述摇臂构成一体的释放钩，在所述摇臂具有释放钩一端的底面固定连接有一个吸盘；电磁铁，装有一个电磁铁线圈，该电磁铁固定在所述底座上，正对着所述吸盘的底面； 弹射充气部，含有挂环、高压气瓶、电子气阀、弹射筒、气囊、滑动套筒、筒帽和弹性拉索，其中弹射筒，是底部封闭且头部开口的空心筒，沿所述弹射筒的底部外侧面固定连接有一个供所述释放钩插入的挂环，所述弹射钩的头部套接有一个筒帽；高压气瓶，装在弹射筒内，该高压气瓶的底部与所述弹射筒的内底面固定连接，而头部安装有一个电子气阀，朝向所述弹射筒的头部，以控制所述高压气瓶内的高压气体的释放；气囊，装在所述弹射筒头部内侧；滑动套筒，用螺栓固定连接在无人机底面，所述弹射筒滑动地套接在所述滑动套筒的内侧面上；弹性拉索，共计2根，沿着所述滑动套筒的轴向对称排布，一端固定连接在所述滑动套筒上，另一端固定连接在所述挂环上；电子控制部，含有飞行控制计算机、一个用CMOS电子开关控制触点闭合的继电器和电源，其中所述继电器线圈的一端与所述电源的正极相连，另一端与所述CMOS开关的源极相连， 所述CMOS开关的漏极与所述电源的负极相连，而栅极与所述飞行控制计算机的D/A输出端相连，在输出为高电平时所述继电器的线圈接通电源，常开触点闭合；在输出为低电平时所述继电器的线圈断电，常开触点复位，所述继电器常开触点的一端连接电源正极，另一端与所述电源的负极之间并联连接所述电磁铁的线圈和所述电气阀门的控制线圈；在无人机起飞前，向机头方向拉动弹射筒，并使所述挂环挂在所述释放钩上锁定，同时弹性拉索被拉紧；在无人机进入伞降状态时，飞行控制计算机的所述D/A端口输出高电平， 所述继电器常开触点闭合，使所述电磁铁和电子气阀同时通电所述电磁铁通电吸引所述摇臂和所述释放钩向下运动，所述弹射筒在所述弹性拉索的牵引下，迅速向机尾方向运动， 直到所述挂环受到滑动套筒阻止为止；同时所述电子气阀打开，所述气囊在所述高压气瓶内的高压气体的推动下顶开筒帽，并冲出所述弹射筒开始充气，直至完全膨胀；由于气囊充满压缩空气后具有很大的表面积，在侧风来流的作用下会产生侧力F ；侧力乘以尾力臂1，指气囊气动中心到无人机重心的距离，会产生偏航力矩N = fl ；因此在整个着陆过程中，无人机在偏航力矩N的作用下始终对准侧风来流的方向，从而避免在侧风着陆时出现侧翻及倾覆情况。
全文摘要
无人机伞降防侧风倾覆装置属于无人机技术领域，其特征在于，含有机械释放部、弹射充气部和电子控制部，其中，机械释放部，含有底座、电磁铁、弹簧、支撑座、转轴、摇臂、吸盘和释放钩；弹射充气部，含有挂环、高压气瓶、电子气阀、弹射筒、气囊、滑动套筒、筒帽和弹性拉索；电子控制部，含有飞行控制计算机、继电器和电源；在无人机伞降过程中，气囊会随着弹射筒向机尾方向弹射并充气，并产生偏航力矩；当有侧风来流时，机身在偏航力矩的作用下始终对准侧风来流的方向，从而避免在侧风着陆时出现侧翻及倾覆情况。本发明通过气囊产生的偏航力矩使无人机实现迎风着陆，具有结构简单，安装方便的优点，适合伞降无人机装备。
文档编号B64D45/04GK102336276SQ201110174228
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年6月24日
发明者乔良亮, 朱纪洪, 王冠林 申请人:清华大学