一種無(wú)人機(jī)傘降方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種無(wú)人機(jī)傘降方法，步驟為：選擇無(wú)人機(jī)預(yù)定落地點(diǎn)；劃分回收階段為：無(wú)動(dòng)力飛行段，滑行段，漂移段；根據(jù)測(cè)量風(fēng)速、已知的飛機(jī)狀態(tài)，快速計(jì)算出飛機(jī)離預(yù)定落地點(diǎn)“停車(chē)”距離、開(kāi)傘時(shí)刻、方位；控制無(wú)人機(jī)進(jìn)入回收航線；地面控制站根據(jù)計(jì)算結(jié)果和飛機(jī)狀態(tài)向飛機(jī)發(fā)出停車(chē)、開(kāi)傘指令。該方法可計(jì)算出小型無(wú)人飛機(jī)在期望地點(diǎn)著陸時(shí)的最佳停車(chē)、開(kāi)傘時(shí)刻，以及采用的飛行航向，俯仰角要求，成本低，安全性高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種無(wú)人機(jī)傘降方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)降落回收技術(shù)，特別是通過(guò)降落傘回收方式技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)采用低空傘降回收方式進(jìn)行回收的無(wú)人機(jī)而言，回收階段傳統(tǒng)上均由地面操縱人員憑借目視進(jìn)行控制，若希望在給定點(diǎn)降落，飛行操縱人員需擁有豐富的操作經(jīng)驗(yàn)，即便如此，由于操縱人員判斷存在偶然性，其降落點(diǎn)散布也較大，特別在有風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)，回收?qǐng)龅厥艿郊s束的條件下，將很難避免飛機(jī)因降落地點(diǎn)的限制而導(dǎo)致機(jī)體損傷(由于無(wú)人機(jī)著陸在距離地面一定高度開(kāi)傘降落，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)受到空氣阻力小于其重量，降落相對(duì)地面有一定的速度，對(duì)地面形成一定沖擊，由于反作用力，無(wú)人機(jī)起落架系統(tǒng)收到?jīng)_擊，若地面較硬，沖擊力會(huì)損傷起落架、機(jī)翼、甚至機(jī)身。若因落地點(diǎn)在水平有草坪或土地松軟的地方，沖擊能量被吸收，可避免地面沖擊力損傷飛機(jī)。)，使得維修成本增加，同時(shí)減低了無(wú)人機(jī)的使用效能。因此有必要開(kāi)發(fā)一種無(wú)人機(jī)傘降定點(diǎn)測(cè)量方法，以確定開(kāi)傘時(shí)刻，采取相應(yīng)的控制策略與操縱程序，確保無(wú)人機(jī)傘降后無(wú)損傷。
[0003]采用傘降方式的無(wú)人機(jī)回收段通常由以下幾個(gè)階段組成:(1)進(jìn)人回收航線:調(diào)整飛行航跡以及航向，使飛機(jī)按期望的航線進(jìn)人回收?qǐng)龅亍?2)無(wú)動(dòng)力飛行段:減速到預(yù)定速度.指令“停車(chē)”關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，隨后發(fā)送“開(kāi)傘”指令，飛機(jī)作無(wú)動(dòng)力飛行。⑶開(kāi)傘減速段:指令開(kāi)傘，降落傘艙門(mén)打開(kāi)，帶出引導(dǎo)傘。引導(dǎo)傘拉出主傘包，并將主傘傘衣拉直。根據(jù)所限制的開(kāi)傘動(dòng)載，主傘經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)收口后完全充氣張滿，飛機(jī)作減速滑行。(4)飄移段:主傘打開(kāi)后，飛機(jī)以穩(wěn)定的姿態(tài)勻速降落。
[0004]對(duì)定點(diǎn)回收系統(tǒng)而言，期望落點(diǎn)的控制不僅取決于飛行狀態(tài)的控制，而且取決于發(fā)送指令“停車(chē)”的時(shí)刻，發(fā)送“開(kāi)傘”指令時(shí)刻，也受回收地點(diǎn)風(fēng)速、風(fēng)向影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)人機(jī)傘降方法，該方法可計(jì)算出小型無(wú)人飛機(jī)在期望地點(diǎn)著陸時(shí)的最佳停車(chē)、開(kāi)傘時(shí)刻，以及采用的飛行航向，俯仰角要求。
[0006]本發(fā)明一種無(wú)人機(jī)傘降方法，步驟為:
SI,選擇無(wú)人機(jī)預(yù)定落地點(diǎn)；
S2，劃分回收階段:
S21，無(wú)動(dòng)力飛行段，“停車(chē)”指令至“開(kāi)傘”指令間隔時(shí)間為此期間飛機(jī)無(wú)動(dòng)力水平方向飛行距離R1，垂直方向運(yùn)動(dòng)距離H1,
S22滑行段，指令“開(kāi)傘”打開(kāi)傘艙，彈出引導(dǎo)傘，牽出并張滿主傘，致使飛行空速為零，飛機(jī)垂直方向運(yùn)動(dòng)距離為H2，水平方向運(yùn)動(dòng)距離R2 ；
S23，漂移段，降落傘完全張開(kāi)至飛機(jī)落地，飛機(jī)水平方向運(yùn)動(dòng)為R3,垂直方向運(yùn)動(dòng)距離
H3;
S3，從地面控制站可以讀出飛機(jī)“停車(chē)”時(shí)相對(duì)地面高度H，從上面分析可知，Hl可預(yù)先計(jì)算，H2=L，H= Hl+ H2+ H3,可以計(jì)算出H3, t3.根據(jù)t3值，R= Rl +R2+ R3,可以計(jì)算出R3 ；
S4，根據(jù)測(cè)量風(fēng)速、已知的飛機(jī)狀態(tài)，快速計(jì)算出飛機(jī)離預(yù)定落地點(diǎn)“停車(chē)”距離、開(kāi)傘時(shí)刻、方位；
S5，控制無(wú)兒極進(jìn)入回收航線；
S6，地面控制站根據(jù)計(jì)算結(jié)果和飛機(jī)狀態(tài)向飛機(jī)發(fā)出停車(chē)、開(kāi)傘指令。
[0007]本發(fā)明方法中:
小型無(wú)人機(jī)起飛后，選擇飛機(jī)預(yù)定落地點(diǎn)在水平有草坪或土地松軟的地方，在降落點(diǎn)附近將吊掛風(fēng)速儀和高度表的氣球升空，風(fēng)速儀分別升至飛機(jī)預(yù)定停車(chē)、開(kāi)傘高度時(shí)，測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向。
[0008]無(wú)動(dòng)力飛行段，“停車(chē)”指令至“開(kāi)傘”指令間隔時(shí)間為此期間飛機(jī)無(wú)動(dòng)力水平方向飛行距離R1，垂直方向距離H1，通過(guò)測(cè)控地面站讀出飛機(jī)“停車(chē)”時(shí)的速度Vtl，通過(guò)風(fēng)速儀測(cè)量出風(fēng)速Vm、風(fēng)向，風(fēng)向分解出風(fēng)速在水平X，y、垂直z方向的速度分量；
R1= (Vq+V風(fēng))h，在水平方向，Rix== (V0+VMx)t1, Rly==可以計(jì)算出R1值；
H1= (V0+Vwz) h,可預(yù)先計(jì)算出H1值。
[0009]滑行段，指令“開(kāi)傘”打開(kāi)傘艙，彈出引導(dǎo)傘，牽出并張滿主傘，致使飛行空速為零，飛機(jī)垂直方向高度損失近似為傘帶長(zhǎng)度L，水平方向呈非線性減速運(yùn)動(dòng)，方向保持不變，根據(jù)能量及動(dòng)量守恒定律，可推得其運(yùn)動(dòng)距離R2 ；
R2=mvA2/D , R2x= mvA2/D, R2y= mvA2/D
可以預(yù)先計(jì)算出R&,R2y ;
H2=L (傘帶長(zhǎng)度)，
由于飛機(jī)在此階段飛行方向不變，根據(jù)R2，推算出R2X，R2y ；
其中m為飛機(jī)質(zhì)量，VA飛機(jī)速度(由測(cè)控地面站讀出)，根據(jù)西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2004年第22卷第4期中論文“基于風(fēng)場(chǎng)估測(cè)的無(wú)人機(jī)傘降定點(diǎn)回收研究”，D為飛行阻力，由空氣密度、飛機(jī)型號(hào)、降落傘型號(hào)確定。
[0010]漂移段，降落傘完全張開(kāi)至飛機(jī)落地，飛機(jī)水平方向相對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)為零，飛機(jī)在水平方向相對(duì)地面為風(fēng)的速度，縱向呈勻速降落運(yùn)動(dòng)(根據(jù)飛機(jī)重量，降落傘設(shè)計(jì)為相應(yīng)阻力)，一般設(shè)計(jì)速度為5-6m/s，此期間飛機(jī)無(wú)動(dòng)力水平方向飛行距離R3,垂直方向距離H3 ；
R3=V風(fēng)t3，在水平方向，R3X==V風(fēng)xt3, R3y==V風(fēng)yt3,可以計(jì)算出R3值，
成=^3七3。
[0011]從地面控制站可以讀出飛機(jī)“停車(chē)”時(shí)相對(duì)地面高度H，從上面分析可知，H1可預(yù)先計(jì)算，H2=L，H= H1+ H2+ H3,可以計(jì)算出H3, t3.根據(jù)t3值，R= R1 +R2+ R3,可以計(jì)算出R3 ;
根據(jù)測(cè)量風(fēng)速、已知的飛機(jī)狀態(tài)，快速計(jì)算出飛機(jī)離預(yù)定落地點(diǎn)“停車(chē)”距離、開(kāi)傘時(shí)刻、方位。
[0012]進(jìn)入回收航線，調(diào)整飛行航跡以及航向，使飛機(jī)按期望的航線進(jìn)入回收?qǐng)龅兀ê较蛩街本€飛行，其俯仰角、側(cè)滑角均為0，準(zhǔn)備降落。
[0013]調(diào)整飛行航向，使飛機(jī)與X方向(停車(chē)時(shí)飛機(jī)與降落點(diǎn)連線方向)呈2°夾角保持平飛，其俯仰角為0，在高度距離落地點(diǎn)垂直高度H，水平距離R發(fā)“停車(chē)”指令，在高度仏+成，發(fā)“開(kāi)傘”指令。
[0014]本發(fā)明方法不僅能確保無(wú)人機(jī)傘降后無(wú)損傷，而且不需要特別工裝設(shè)備，僅需要測(cè)量風(fēng)速的測(cè)量?jī)x，普通高度表、氣球、普通電腦。
[0015]通過(guò)本發(fā)明方法可計(jì)算出起飛重量小于10kg的小型無(wú)人飛機(jī)在期望地點(diǎn)著陸時(shí)的最佳停車(chē)、開(kāi)傘時(shí)刻，以及飛機(jī)采用的航向、俯仰角、側(cè)滑角，避免了一般無(wú)人機(jī)傘降后都會(huì)出現(xiàn)不同程度損傷情況，減少了維修成本，提高無(wú)人機(jī)的使用效能。

【具體實(shí)施方式】
[0016]無(wú)人機(jī)起飛后，選取預(yù)定落地點(diǎn)在水平有草坪的地方，在降落點(diǎn)附近將吊掛風(fēng)速儀和高度表的氣球升空，風(fēng)速儀分別升至飛機(jī)預(yù)定停車(chē)高度(對(duì)地絕對(duì)高度140m)，測(cè)量風(fēng)速3m/s、風(fēng)向43°。
[0017]飛機(jī)進(jìn)入回收航線，調(diào)整飛行航向，定航向水平直線飛行，其俯仰角、側(cè)滑角均為0，準(zhǔn)備降落。調(diào)整飛行航向，使飛機(jī)與X方向(停車(chē)時(shí)飛機(jī)與降落點(diǎn)連線方向)呈2°夾角保持平飛。
[0018](I)無(wú)動(dòng)力飛行段，tl=0.05s，V0=150m/s、方向 45 °，V風(fēng)=3m/s、風(fēng)向 43°
Rix== (Vxo+V風(fēng) Jt1= (150*con45 ° +3*con43 ° ) *0.05=5.4mm ;
Rly== (VY0+V風(fēng) Jt1= (150*sin45 ° +3*sin43 ° ) =5.4mm ；
H1=O ；。
[0019](2)滑行段 m=80kg，vA=150m/s，方向 135 °，D=202000 R2=mvA2/D，R2x= mvA2/D=80* (150* con45 ° ) 2/=5m, R2y= mvA2/D=5m H2=L (傘帶長(zhǎng)度)=25m,
(3)漂移段，飛機(jī)降落速度為6m/s，
H3=H-H1-H2=HO^S=IlSm
t3= H3/ V3=I 15/6=19.2s ；
R3x==V Mxt3=3*0.669*19.2=38.5m ；
R3y==V ^yt3=S5I1.743*19.2=42.lm。
[0020]R2=Rx2+ Ry2 = (5.4+5+38.5) 2+ (5.4+5+42.1) 2 ，R2=71.7m
飛機(jī)在高度距離落地點(diǎn)垂直高度140m，水平距離71.7m發(fā)“停車(chē)”指令，在高度125m發(fā)“開(kāi)傘”指令，最后無(wú)人機(jī)降落在草坪上。飛機(jī)經(jīng)檢查，幾乎無(wú)損傷。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)人機(jī)傘降方法，步驟為: SI,選擇無(wú)人機(jī)預(yù)定落地點(diǎn)； S2，劃分回收階段: S21，無(wú)動(dòng)力飛行段，“停車(chē)”指令至“開(kāi)傘”指令間隔時(shí)間為此期間飛機(jī)無(wú)動(dòng)力水平方向飛行距離R1，垂直方向運(yùn)動(dòng)距離H1, S22滑行段，指令“開(kāi)傘”打開(kāi)傘艙，彈出引導(dǎo)傘，牽出并張滿主傘，致使飛行空速為零，飛機(jī)垂直方向運(yùn)動(dòng)距離為H2，水平方向運(yùn)動(dòng)距離R2 ； S23，漂移段，降落傘完全張開(kāi)至飛機(jī)落地，飛機(jī)水平方向運(yùn)動(dòng)為R3,垂直方向運(yùn)動(dòng)距離H3; S3，從地面控制站可以讀出飛機(jī)“停車(chē)”時(shí)相對(duì)地面高度H，從上面分析可知，Hl可預(yù)先計(jì)算，H2=L，H= Hl+ H2+ H3,可以計(jì)算出H3, t3.根據(jù)t3值，R= Rl +R2+ R3,可以計(jì)算出R3 ； S4，根據(jù)測(cè)量風(fēng)速、已知的飛機(jī)狀態(tài)，快速計(jì)算出飛機(jī)離預(yù)定落地點(diǎn)“停車(chē)”距離、開(kāi)傘時(shí)刻、方位； S5，控制無(wú)兒極進(jìn)入回收航線； S6，地面控制站根據(jù)計(jì)算結(jié)果和飛機(jī)狀態(tài)向飛機(jī)發(fā)出停車(chē)、開(kāi)傘指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)人機(jī)傘降方法，其特征在于，無(wú)動(dòng)力飛行段，水平方向飛行距離R1= α+V^ti，飛機(jī)“停車(chē)”時(shí)的速度Vtl，“停車(chē)”指令至“開(kāi)傘”指令間隔時(shí)間為h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)人機(jī)傘降方法，其特征在于，無(wú)動(dòng)力飛行段，垂直方向運(yùn)動(dòng)距離H1, H1= (V0+VMZ) t1;可預(yù)先計(jì)算出H1值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)人機(jī)傘降方法，其特征在于，滑行段H2為無(wú)人機(jī)垂直方向高度損失近似為傘帶長(zhǎng)度L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)人機(jī)傘降方法，其特征在于，滑行段水平方向運(yùn)動(dòng)距離R2，R2=IWaVd，R2x= mvA2/D, R2y= mvA2/D，其中m為飛機(jī)質(zhì)量，VA飛機(jī)速度(由測(cè)控地面站讀出)，D為飛行阻力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)人機(jī)傘降方法，其特征在于，漂移段，降落傘完全張開(kāi)至飛機(jī)落地，時(shí)間為t3，無(wú)人機(jī)水平方向相對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)為零，無(wú)人機(jī)在水平方向相對(duì)地面為風(fēng)的速度V風(fēng)，R3=V風(fēng)t3，在水平方向，R3x==VMxt3, R3y==V風(fēng)yt3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)人機(jī)傘降方法，其特征在于，漂移段，降落傘完全張開(kāi)至無(wú)人機(jī)落地，時(shí)間為t3，縱向呈勻速降落運(yùn)動(dòng)，垂直方向運(yùn)動(dòng)距離H3=V3t3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)人機(jī)傘降方法，其特征在于，回收航線狀態(tài)為調(diào)整飛行航向，使無(wú)人機(jī)與X方向(停車(chē)時(shí)飛機(jī)與降落點(diǎn)連線方向)呈2°夾角保持平飛。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)人機(jī)傘降方法，其特征在于，無(wú)人機(jī)其俯仰角為O，在高度距離落地點(diǎn)垂直高度H，水平距離R發(fā)“停車(chē)”指令。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)人機(jī)傘降方法，其特征在于，在無(wú)人機(jī)高度仏+成，發(fā)“開(kāi)傘”指令。
【文檔編號(hào)】B64D17/80GK104163244SQ201410362922
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】游中厚 申請(qǐng)人:成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司