一种固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统的制作方法

本发明属于飞行器智能控制技术领域，尤其涉及一种固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统。

背景技术：

目前，固定翼无人飞行器(uav)广泛应用于环境保护、林业、农业、商业和军事用途，包括自然资源和野生动物管理、土壤侵蚀和环境变化监测、火灾探测和损坏评估、农业植被健康监测、车队，道路和生命财产安全保护监视和巡逻、通信中继等。

使用固定翼无人飞行器(uav)的一个重要问题是如何成功地在使用后无损回收。我国城市道路因安全问题不适合作为固定翼无人飞行器(uav)回收跑道，农村区域道路等级普遍较低，也不适合作为固定翼无人飞行器(uav)回收跑道；城市和农村其他区域，或为人口密集区，或为农田，或为水域，固定翼无人机以伞降方式回收或易对生命财产造成损失，或易落水造成固定翼无人飞行器(uav)损坏/丢失。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有无人飞行器回收系统，对于固定翼无人飞行器(uav)不适用；如cn201620740788.4采取传统伞降方式，对于城市、农村区域不适用；如cn201620740740.3采取挂钩/挂绳形式回收，对于无人飞行器操控要求过高，易造成回收成功率低；如cn201520937722.x仅适用于机身结构非常稳固的军用固定翼无人飞行器(uav)，其单刚性网结构易对机身造成回收时的应力损坏。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统。

本发明是这样实现的，一种固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统，所述固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统包括：

由支撑表面支撑的捕获网支撑件组件；

由所述捕获网支撑件组件支撑的气动捕获网；

所述气动捕获网包括：

一组处于放气和充气状态并由支撑表面支撑的可充气管；

所述一组可充气管软管呈行排列；所述可充气管具有第一端和第二端；所述软管的第一端朝向所述支撑表面定位；所述软管的第二端通过顶部连接器管道彼此连接。

进一步，所述固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统还包括通过空气供应导管连接到所述可充气管的空气压缩机。

进一步，所述可充气管的第一端部通过管歧管彼此连接。

进一步，所述固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统还包括：

由所述支撑表面支撑的基座；

所述基座为具有第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面的矩形；

所述气动捕获网为多个，所述多个气动捕获网分别镶嵌在第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面上。

进一步，所述基座包括多个可膨胀和可收缩的基座充气室；空气压缩机以流体连接到所述多个基座充气室。

进一步，所述固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统还包括：

在所述基座和所述支撑表面之间覆盖的覆盖物或片材；所述覆盖物或片材包括地面帆布。

进一步，所述固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统还包括：

通过三脚架和两个地脚锚固件固定在地面，并通过上绑带和垂直绑带连接气动捕获网的捕获网支撑件组件；

通过螺栓固定到支撑表面的基板；

通过螺栓固定在基板上的多个减速器；

所述减速器包括前端减速器和侧端减速器；所述侧端减速器通过约束带与上绑带连接；所述前端减速器通过共同的基座约束线连接多根基座约束线；所述多根基座约束线连接管歧管；

所述上绑带连接两个地脚锚固件；所述垂直绑带一端连接上绑带，另一端连接气动捕获网。

进一步，所述固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统还包括：

触发器组件，所述触发器组件包括触发网和联接到所述触发网的触发器；所述触发器设置有触发线；所述触发网定位在碰撞区域处；所述触发器设置的触发线与侧端减速器连接；

所述触发网包括固定到可充气管的第一和第二平行的间隔开的线；所述第一和第二平行的间隔开的线上布置有触发元件。

本发明的优点及积极效果为：

本发明通过柔性气动捕获网进行回收，避免了固定翼无人飞行器传统回收方案由于需要较大场地和不能精确回收，对于城市、农村区域不适用的问题；避免了对于无人飞行器操控要求过高，易造成回收成功率低的问题；避免了其它单刚性网回收结构易对机身造成回收时的应力损坏的问题。成功率达到95％以上，相对于传统伞降方案和手动操控着陆回收方案，安全性和成功率提高50％以上，能避免无人飞行器回收损坏，造成重大人员、财产、无人飞行器机体等损失，单次预计避免损失根据无人飞行器价格、破坏区域等不同，一般达到100万人民币以上，具有极佳的经济、社会、安全效益。

附图说明

图1是本发明实施例提供的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统示意图。

图2是本发明实施例提供的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统前视图；

图3是本发明实施例提供的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统俯视图；

图4是本发明实施例提供图3的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统的侧视图。

图5中的a-c是本发明实施例提供的展示通过图1的结构捕获固定翼无人飞行器(uav)的初始阶段的序列图。

图中：1、固定翼无人飞行器回收系统；2、基座；3、减速器；4、支撑表面；5、气动捕获网；6、捕获网支撑件组件；7、基座充气室；8、空气压缩机(空气供应单元)；9、覆盖物或片材；10、可充气管；11、管歧管；12、顶部连接器管道；13、上绑带；14、垂直带；15、三脚架；16、地脚锚固件；17、约束带；18、侧部减速器；19、基板；20、基座约束线；21、共同的基础约束线；22、前部减速器；23、触发器组件；24、触发网；25、触发器；26、第一和第二平行的间隔开的线；27、空气供应导管；28、基座充气室的前端。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

图1是本发明实施例提供的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统示意图。展示固定翼无人飞行器(uav)接触回收系统前瞬间的气动单元，空气供应管道和基座歧管。

图2是本发明实施例提供的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统前视图；

图3是本发明实施例提供的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统俯视图；移除了图1基座盖被以展示充气室。

图4是本发明实施例提供图3的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统的侧视图。

图5中的a-c是本发明实施例提供的展示通过图1的结构捕获固定翼无人飞行器(uav)的初始阶段的序列图。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

本发明实施例提供的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统中，一组可充气的向上延伸的软管网，组成气动捕获组件，使得当固定翼无人飞行器(uav)飞行到气动捕获组件中时，管在翼上方弯曲并以受控的方式减速固定翼无人飞行器(uav)，使得飞行器安全停止。本将为安全无损回收固定翼无人飞行器(uav)、增强地面人员财产安全性提供保障。

如图1至图5所示，本发明实施例提供的固定翼无人飞行器气动捕获网回收系统1，包括支撑在支撑表面4(例如船的地面或甲板)上的基座2，气动捕获组件形式的气动捕获组件5，气动捕获组件5通过捕获网支撑件组件6。

固定翼无人飞行器(uav)回收系统1的基座2由一层单独可充气的基座充气室7制成。每个基座充气室7通过空气供应导管27和基座歧管流体连接到空气供应单元(空气压缩机)8，基部用作气动抓持垫。

在基部2和支撑表面4之间可以使用通常由尼龙制成的地毯，以帮助保护基部免受诸如玻璃，锋利岩石等物体的刺穿。

如图1示出了覆盖基座充气室7的上层的覆盖物或片材9的使用。尽管在图中未示出，基座2在每个角部具有两个侧部固定环。这些固定环附接到沙袋以将基部固定到支撑表面4。也可以使用接地桩等其他技术保持基座2的稳定。

基座充气室7优选使用例如钩和环紧固件彼此紧固。在该图1中，基部通风室长8.53米，直径0.6米，并且形成具有约7.3米的宽度，8.53米的深度和0.6米高度的基部。基座充气室的前端28呈锥形，用作入口斜坡以帮助向上偏转固定翼无人飞行器(uav)的底部。

气动捕获网5在本例中位于基座2前面大约1.2米。气动捕获网5包括从管歧管11向上延伸的一排柔性的柔顺的可充气管10。

可充气管10供应有空气，从空气供应单元例如空气压缩机8通过管歧管11。空气压缩机8与管歧管11的连接在图1中为了清楚图示没有示出。

可充气管10的上端物理地固定到顶部连接器管道12并流体连接到顶部连接器管道12。顶部连接器管道12允许空气从一个可充气管10的顶端流入一个或多个其他可充气管10的顶端。可充气管也存在其它布置方式。顶部连接器管道12连接到上绑带13和一系列垂直带14；

上绑带13和一系列垂直带14它们是支撑组件6的部件。管歧管11，顶部连接器导管12和可充气管10管排通常统称为气动捕获网5，集气室，管歧管和管道通常由坚固的材料制成，例如防裂尼龙。

捕获网支撑件组件6还包括三脚架15，在该示例中，在气动网5的任一端具有大约6.7米的高度。每个三脚架15通过两个地脚锚固件16固定就位。

捕获网支撑组件6在该示例中，包括三脚架15，上绑带13和垂直绑带14。上绑带13的每个端部连接到约束带17，约束带17在每个三角架15的上端处的滑轮(未示出)上延伸。约束带17向下延伸到侧部减速器18。侧部减速器固定到基板19。基板19以适合于支撑表面的方式固定到支撑表面4。

例如，当系统1被放置在现场并且支撑表面4为地面时，基板19可以使用传统的地钉或地锚固定在适当的位置。

基座约束线20从管歧管11延伸到一排前部减速器22。前部减速器22也固定到基板19。

如图1所示，多个基础约束线20可以彼此连接以形成共同的基础约束线21，该共同的基础约束线21连接并卷绕在前部减速器22上。

每个侧部减速器18和前部减速器22包含一定长度的相应的线或带17和共同的基础约束线21，并且提供限制或阻力，以防止线或带从减速器自由释放。基部约束线20和共同的基础约束线21用于稳定气动网5的下部，而约束带17用于稳定气动网5的上部。

在一个示例中，减速器3类似于大型钓鱼卷轴，有线或带缠绕在其上，具有可调节的盘式制动器类型的摩擦阻力，从而限制卷轴的自由旋转。因此，限制力由摩擦阻力和较小程度上由卷轴和缠绕在其上的线的惯性提供。还可以使用具有其它类型的牵引系统的减速器，包括气动和流体牵引系统。

根据实验，使用连接到前部减速器22，前部减速器22的气动捕获网5提供了对固定翼无人飞行器(uav)的有效捕获。气动网5的可充气管10具有在冲击时变平的趋势，使得在固定翼无人飞行器(uav)上的制动力在延伸的机翼表面区域上展开。在一些示例中，可调节拖曳减速器用于允许调节或选择由减速器提供的制动力的量。

制动力的选择通常将取决于操作条件，包括固定翼无人飞行器(uav)的类型，尺寸和重量，风速和方向，固定翼无人飞行器(uav)及其内容物是否易碎以及预期的冲击速度。

在一些示例中，可以以类似于钓鱼卷轴上可用的方式在减速器上设定不同的拖曳力。虽然目前未使用，但是可充气管10，管歧管11和顶部连接管道12中的一个或多个可以包括压力释放阀，以允许其中的任何过压排放到大气环境中。一个或多个压力释放阀可以可调节以便打开。

使用相对较大直径的可充气管10产生的问题之一是它们易受到风的影响。已经发现，在风力足够的情况下，风使得连接到侧部减速器18的约束带17从侧部减速器18拉出，允许气动网5的上部正常直立。也就是说，风力可足以克服由侧部减速器18施加在约束带17上的拖曳力，以有效地吹过气动网5。如果回收固定翼无人飞行器(uav)时发生阵风，将导致其无法正常回收而损坏。

对于这个问题，系统1包括触发器组件23。触发器组件23大致包括固定到气动网5的触发网24，触发器25，其连接到从气动网的每个端角向下延伸到与下面的侧部减速器18相关联的触发器锁(未示出)。

每个触发器被制成为侧部减速器18的一部分。在该示例中，触发网24包括固定到可充气管10的第一和第二平行的间隔开的线26。侧部减速器18各自可以处于未锁定的使用状态，在该使用状态中，约束带17可以通过施加足够的拉力以拉动侧部减速器18。

侧部减速器18的扳机锁定部分被设计成使得在正常情况下，触发器25可以在侧部减速器18和气动网5之间保持张紧，从而将侧部减速器18保持在锁定状态。也就是说，如果有风对气动网5产生影响，由触发器25施加在侧部减速器18的触发器锁定部分上的力不足以使侧部减速器18的触发器锁定部分解锁侧部减速器18，这将允许约束带17从减速器拉动。

因此，正常的风力不足以产生足够力以将侧部减速器18置于解锁的使用状态，这将允许约束带17从侧部减速器18拉出。以上情况属实，因为系统1通常面临的情况是固定翼无人飞行器(uav)在回收时，需要有一定的逆风。这种风向将通常不会在气动网5和侧部减速器18的触发器锁定部分之间的触发器25的触发线上产生大的张力。然而，当固定翼无人飞行器(uav)接触气动捕获网5和触发网24时，在捕获固定翼无人飞行器(uav)期间，足够的张力由气动网5施加在触发器25的触发线上，以使得侧部减速器18的触发器锁定部分允许约束带17在张力下从侧部减速器18延伸。

因此，只有当固定翼无人飞行器(uav)撞击气动捕获网5时，侧部减速器18才允许约束带17从侧部减速器18拉动。此外，在固定翼无人飞行器(uav)冲击基座约束线或带20从前部减速器22拉动时，固定翼无人飞行器(uav)的冲击力将被气动网5和侧部减速器18和前部减速器22有效地吸收。

在该示例中，未必须包括与连接到管歧管11的前部减速器22相关联的可释放锁定元件，因为气动网5的下端处的风力通常不足以使管歧管达到被风吹到一定程度。然而，在适当情况下，固定到管歧管11的一个或多个前部减速器22也可以具有可释放的锁定元件，以帮助防止气动网5在被固定翼无人飞行器(uav)撞击之前有不规则运动。

在一些示例中，触发器25的触发线可以直接连接到触发网24，而不是间接地通过气动捕获网5触发网24。此外，在一些示例中，构成气动捕获网5的可充气管可以以如下方式构造和连接：不使用单独的触发网，而是将气动捕获网用作触发网。

与减速器相关联的锁定元件的机械致动可以使用电致动的释放锁定元件来实现。这种释放锁定元件可以使用通过导线或以无线方式提供的信号来操作。用于发送信号的触发器可以是与固定翼无人飞行器(uav)触发网的初始接触，或者通过使用接近或其他类型的非接触传感器。该信号还可以由在该站点处或远离该站点的操作者发送。

在该示例中，上绑带13和垂直带14可以由在它们的接合处缝制的0.35米尼龙带制成。垂直带和顶部连接器管道12的接合点应为强连接。在该示例中，触发网24的触发器25的触发线被缝合到管歧管11。

为了防止对固定翼无人飞行器(uav)的损坏，重要的是将最大减速度限制为固定翼无人飞行器(uav)和由固定翼无人飞行器(uav)承载的任何有效载荷能够承受的量。也就是说，飞入一组刚性杆的飞机无疑会被迅速停止，但也会被毁坏。固定翼无人飞行器(uav)的成功捕获或恢复需要固定翼无人飞行器(uav)的受控制的减速，由此限制由气动网5施加在固定翼无人飞行器(uav)上的减速力。

在与气动捕获网5碰撞时，通过向前的固定翼无人飞行器(uav)产生初始阻力当固定翼无人飞行器(uav)沿着最终飞行路径的终端段移动时，翼的边缘接合可充气管10。这导致可充气管10变形并在固定翼无人飞行器(uav)上产生初始阻力。随着固定翼无人飞行器(uav)继续其向前运动，同时减速，气动网5拉动连接到侧部减速器18的触发器25的触发线，并且管歧管11气动捕获网5拉动连接到前部减速器22的约束带17。这样做允许气动捕获网5的移动，同时通过由可充气管10的接合所提供的阻力来消散固定翼无人飞行器(uav)的惯性力，固定翼无人飞行器(uav)，以及侧部和前部减速器18和22。在捕获结束时，固定翼无人飞行器(uav)与气动和触发网5和前部减速器18的部分一起停靠在基座2上。

为了捕获固定翼无人飞行器(uav)，固定翼无人飞行器(uav)通常被引导以飞入气动网5的中心。在一些情况下，固定翼无人飞行器(uav)回收时的高度可能不足，将使用包括在基部2的前端处的入口斜坡。如由基座充气室的锥形端部28产生的入口斜坡，应具有低摩擦表面，使固定翼无人飞行器(uav)达到更合适的高度。

在一些示例中，入口斜坡可以设置在气动捕获网5的前面或气动捕获网的两侧。在后一种情况下，入口斜坡可能需要被构造成通过例如提供适当定位的切口来容纳基部约束线20和前部减速器22。

一旦固定翼无人飞行器(uav)已经停止，空气供应单元可以被关闭或降低到较低的压力，以允许固定翼无人飞行器(uav)从触发网，气动网和各种带和线路移除。在回收固定翼无人飞行器(uav)之后，空气供应单元(例如空气压缩机22)可以再次用于对气动网16以及基座12充气，以便回收其他固定翼无人飞行器(uav)。

当没有更多的固定翼无人飞行器(uav)要被回收时，基座充气室7，可充气管10，空气供应导管27，管歧管和任何其它可充气部件被放气。空气压缩机8从管歧管分离，各个管线从它们的相关部件分离，三脚架15被折叠并且基板19与支撑表面4分离。广泛使用可折叠部件允许一些或全部的部件折叠成相对紧凑的体积以便于运输和存储。

固定翼无人飞行器(uav)回收系统1的一些示例在排气时容易运输到回收站点。当不使用时，放气的固定翼无人飞行器(uav)回收系统可以存储在紧凑型包装中。假定固定翼无人飞行器(uav)回收系统的示例具有2个基座充气室7，每个基座充气室76米长和0.6米宽；

6.7米高乘7.3英尺宽的气动捕获网5，包括17个气动管，每个管具有约1.22-1.83米直径。当折叠和放气时，该设备连同相关联的设备通常可以装配在相对小的容器中，以便于运输和存储。在存储空间有限的情况下，例如在船上，最小化存储空间尤其重要。快速设置，取下并放置在用于运输和存储的适当小尺寸构型的能力是本发明型实现的重要优点。

用于在飞行之后回收固定翼无人飞行器(uav)的方法的一个示例如下执行。在回收点，可以快速地建立固定翼无人飞行器(uav)恢复系统1。基部2，支撑组件6，气动网5和触发器组件23被布置在相对于最终飞行路径的适当方向上。一个或多个空气供应单元8连接到空气供应导管27和管歧管11，使得可膨胀部件可以膨胀。前部和侧部减速器22和18被调节以在基础约束线20和约束带17上施加适当的阻力。虽然入口斜坡可以作为基座充气室7的一部分并入，但是在一些情况下，具有不可充气但通常可折叠的入口匝道。通常，固定翼无人飞行器(uav)被预编程为在任务结束时飞往回收点。

在某些情况下，回收点处具有对固定翼无人飞行器(uav)的最终飞行路径进行微小修正的能力，以帮助固定翼无人飞行器(uav)在碰撞区域的中心与气动网5接触，碰撞区域是由气动网限定。差分gps发射器通常用于回收以帮助确保固定翼无人飞行器(uav)在期望的中心位置处或附近撞击气动网。

固定翼无人飞行器(uav)首先接触气动捕获网5和相关联的触发网24，

如图1所示。在接触时，通过侧减速器的触发锁释放将触发网24连接到侧部减速器18的触发器25的触发线，以允许限制约束带17从侧部减速器18被拉动，在接触时受到在带上的适当的拉力，当固定翼无人飞行器(uav)沿着最终飞行路径的终端段移动时，通过接合气动捕获网5的可充气管10的翼的前缘产生固定翼无人飞行器(uav)上的初始阻力。

在初始接合之后不久，气动捕获网5开始拉动基部约束线20和约束带17，克服由前部和侧部减速器22和18产生的牵引力如图5b和图5c。

然后，固定翼无人飞行器(uav)与气动网5和触发网24一起停留在气动基座2上。一旦固定翼无人飞行器(uav)已经停止，空气压缩机8可以关闭或下降到较低压力以辅助从气动网5和触发网24移除固定翼无人飞行器(uav)。在恢复固定翼无人飞行器(uav)之后，空气压缩机8可以再次用于为可充气管10充气以便回收其他固定翼无人飞行器(uav)。当没有更多的固定翼无人飞行器(uav)要被回收时，可充气部件放气；空气供应单元8被拆卸，允许可充气部件折叠成相对紧凑的容积，以便于运输和存储。

在外场中的一种测试情况下，图1至图5的固定翼无人飞行器(uav)回收系统1设置如下。将底布或防水布放置在支撑表面4上，然后将基座充气室7放置在底布上并使用钩和环紧固件彼此固定。使用接地锚16将三脚架15固定就位。空气供应单元8用于使基座充气室7充气。使用利用前部减速器22和22驱动到地面中的锚固元件将基板19固定在现场的地面上。侧部减速器18固定到基板19。基部约束线20连接到前部减速器22。

从气动捕获网5的下部外角延伸的触发器25的触发线连接到侧部减速器18的锁定元件。约束带17从上绑带13延伸出来，被引导到三角架15顶部的滑轮和侧部减速器18上。气动网5连接到空气压缩机8并膨胀。调节前部减速器22、侧部减速器18延伸的每个线路的基础约束线20和约束带17上的张力。

在一个或多个固定翼无人飞行器(uav)的回收之后，取下图1至图5的结构，包括使部件放气，从可充气部件分离空气供应单元，折叠可充气部件，并将所有部件放入用于运输和存储的容器中。

如图1至图5的固定翼无人飞行器(uav)回收系统实例。应当适用于具有约3-5.4米的翼展和约25至90公斤重量的固定翼无人飞行器(uav)。使用具有可调节拖曳的前部减速器22，侧部减速器48；

根据固定翼无人飞行器(uav)的重量来调节系统的约束力。

当用作半永久性安装时，固定翼无人飞行器(uav)回收系统1的替代示例非常有效。在该示例中，气动捕获网5通过支撑组件6支撑在基座2的多于一个边缘上。

因此，假设基座2具有4个侧面，可以使用2,3或4个气动捕获网5，如图1所示。假设沿着4个侧面中的每一侧使用气动捕获网5，支撑组件6通常使用4个三脚架15来支撑4个气动捕获网5。在这种半永久性安装中，基座2通常将大于前一示例。基座2也可以制成具有3条边或5条或更多条边。此外，基座充气室的前端28可以设置在基座充气室7的两端。类似的锥形结构可以从最外面的基座充气室7的边缘延伸，使得整个基座2沿着其周边具有锥形检测器结构。该示例允许不考虑风向的最佳回收方法。

下面结合使用方法对本发明作进一步描述。

本发明实施例提供的回收固定翼无人飞行器(uav)的方法。在回收地点建立固定翼无人飞行器(uav)回收系统，该固定翼无人飞行器(uav)回收系统包括基座，捕获网支撑组件和气动捕获网。

气动网包括一组可充气的柔性管。设置步骤包括将基座放置在回收位置处的支撑表面上，并且将气动捕获网竖立在基座附近。

气动捕获网架设步骤包括使用捕获网支撑组件支撑与基座相邻的气动网，并且使气动网的套管充气以将管置于从基座向上延伸的膨胀使用状态。固定翼无人飞行器(uav)沿着最终飞行路径被引导到气动网络中，固定翼无人飞行器(uav)具有带有前边缘的翼。当固定翼无人飞行器(uav)沿着最终飞行路径的终端段移动时，通过至少翼的前缘与至少一些管的接合在固定翼无人飞行器(uav)上产生阻力。

曳力实现的步骤包括使用可操作地连接到气动网的减速器来阻止气动网的移动。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。