一种小型无人机撞网吸能回收装置的设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种小型无人机撞网吸能回收装置，四根竖杆、两根第一横杆和两根第二横杆共同组成一个安装支架，一张软网通过多根弹簧安装在该支架上。本发明专利技术还公开了一种小型无人机撞网吸能回收装置的设计方法，包括以下步骤：计算无人机动能；计算弹簧结构参数，包括弹簧塑性能、弹簧塑性拉伸长度、弹簧丝长度。本发明专利技术所述小型无人机撞网吸能回收装置采用拉伸弹簧作为吸能部件，通过弹簧的塑性变形吸收无人机动能，其结构简单、便于制作、成本低廉、便于应用，并在确保安全回收小型无人机的同时尽量节约材料，降低成本，效果显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种小型无人机撞网吸能回收装置及其设计方法，属于无人机回收

技术介绍
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。目前常见的无人机回收方式主要有伞降回收、撞网回收和着陆滑跑等类型，其中，撞网回收方式适合固定翼无人机在狭窄回收场地或舰艇上使用。国外对无人机撞网回收的研究始于20世纪70年代末，目前为止，已有“先锋”、“天鹰座/苍鹰”、“银狐”、“杀人蜂”、“侦察兵”等多型无人机成功地使用了撞网回收系统。中国国内对无人机撞网回收技术的研究始于20世纪90年代初，包括撞网回收地面拦截装置的研究、舰载撞网回收技术研究和撞网回收系统研究等。目前常用的无人机撞网回收系统主要包括拦阻网、立柱、导引索、阻尼器、拉带、牵引装置和滑轮等部分，常用的吸能关键部件为涡轮阻尼器。由于涡轮阻尼器设计复杂，制造成本较高，不适合小型无人机的回收。因此，如何设计简单、经济、有效的吸能装置回收小型无人机是现有技术有待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单、效果显著的小型无人机撞网吸能回收装置及其设计方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种小型无人机撞网吸能回收装置，包括一张软网、多根弹簧、四根竖杆、两根第一横杆和两根第二横杆，以所述吸能回收装置回收无人机的方向为前方，所述软网除边缘外的部分后移形成袋状，所述软网的边缘形成一个四方形开口，相互平行的多根所述弹簧的一端均匀安装于所述软网的四方形开口的四边，四根所述竖杆的下端固定于地面，两根相互平行且上下分布的所述第一横杆的两端分别与前面两根所述竖杆的上端和下段连接，两根相互平行且左右分布的所述第二横杆的两端分别与后面两根所述竖杆的上端和上方的所述第一横杆靠近两端的位置连接，所述第一横杆和所述第二横杆相互垂直，多根所述弹簧的另一端均匀安装于由两根所述第一横杆和前面两根竖杆形成的四方形杆体上。使用时，无人机从软网的四方形开口进入，在弹簧拉力作用下实现缓冲，完成回收。作为优选，四根所述竖杆、两根所述第一横杆和两根所述第二横杆均为钢管，软网一般采用塑料绳制作而成，弹簧为螺旋形弹簧；所述竖杆的高度为5m、直径为40mm、壁厚为4mm。一种小型无人机撞网吸能回收装置的设计方法，包括以下步骤：(1)计算无人机动能：撞网时刻无人机飞行速度V0，无人机质量m，通过公式(1)计算无人机动能：式中，Uuav为无人机撞网时刻的动能，单位J；(2)计算弹簧结构参数，包括以下步骤：(2.1)设定弹簧数量n、弹簧簧丝直径d、弹簧圈数ns；(2.2)由弹簧数量计算竖杆的弹性能Ure；(2.3)由弹簧簧丝直径d计算弹簧弹性能Use；(2.4)由弹簧数量、竖杆弹性能Ure和弹簧弹性能Use计算弹簧塑性能Usp；(2.5)判断弹簧塑性能Usp是否小于等于零；(2.6)若步骤(2.5)的判断结果为是，则返回步骤(2.1)，或减小弹簧数量n，或减小弹簧簧丝直径d，或者减小弹簧圈数ns；(2.7)若步骤(2.5)的判断结果为否，则由弹簧塑性能Usp计算弹簧簧丝扭转角变化ΔΦ；(2.8)由弹簧簧丝直径d、弹簧圈数ns计算弹簧中径D；(2.9)由簧丝扭转角变化ΔΦ、弹簧中径D计算弹簧塑性拉伸长度H；(2.10)由弹簧圈数ns计算弹簧丝长度L；(2.11)判断弹簧塑性拉伸长度H是否大于弹簧丝长度L；(2.12)若步骤(2.11)的判断结果为是，则返回步骤(1)，或增大弹簧数量n，或增大弹簧簧丝直径d，或者弹簧圈数ns；(2.13)若步骤(11)的判断结果为否，则完成弹簧结构参数计算。作为优选，所述步骤(2.2)的计算方法为：竖杆受弹簧拉力产生弹性变形，通过公式(2)计算每根竖杆的应变能：式中：Ure为竖杆在弹性段的应变能，单位J；Mre为竖杆横截面的弯矩，单位m2.N；Gr为竖杆材料的剪切模量，单位Pa；Jrp为竖杆横截面的极惯性距，单位m4；lr为竖杆高度，单位m。所述步骤(2.3)的计算方法为：通过公式(3)计算每个弹簧在弹性段的应变能：式中：Use为弹簧在弹性段的应变能，单位J；Mse为弹簧簧丝开始屈服时刻对应的簧丝横截面的扭矩，单位m2.N；Gs为弹簧簧丝的剪切模量，单位Pa；Jsp为弹簧簧丝横截面的极惯性距，单位m4；l为弹簧簧丝长度，单位m。所述步骤(2.4)的计算方法为：通过公式(4)计算弹簧塑性段的应变能：式中：N为竖杆数量，n为弹簧数量。所述步骤(2.7)的计算方法为：假设弹簧簧丝为理想塑性材料，通过公式(5)计算弹簧簧丝塑性段的扭转角增量：式中：ΔΦ为弹簧簧丝塑性段的扭转角增量；Tse为弹簧簧丝塑性段扭转力矩，单位N.m。所述步骤(2.8)的计算方法为：通过公式(6)计算弹簧中径：式中：D为弹簧中径，单位m；τse为弹簧簧丝剪切屈服强度，单位Pa；d为弹簧簧丝直径，单位m；ng为无人机回收最大过载；g为重力加速度，单位m/s2；m为无人机质量，单位kg；n为弹簧数量。所述步骤(2.9)的计算方法为：通过公式(7)计算弹簧塑性拉伸长度：式中：H为弹簧塑性拉伸长度，单位m。本专利技术的有益效果在于：本专利技术所述小型无人机撞网吸能回收装置采用拉伸弹簧作为吸能部件，通过弹簧的塑性变形吸收无人机动能，其结构简单、便于制作、成本低廉、便于应用，并在确保安全回收小型无人机的同时尽量节约材料，降低成本，效果显著。附图说明图1是本专利技术所述小型无人机撞网吸能回收装置的立体图；图2是本专利技术所述小型无人机撞网吸能回收装置去掉软网和弹簧后的立体图；图3是本专利技术所述小型无人机撞网吸能回收装置的弹簧的主视结构示意图图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1、图2和图3所示，本专利技术所述小型无人机撞网吸能回收装置包括一张软网2、多根弹簧1、四根竖杆、两根第一横杆和两根第二横杆，四根竖杆分别为竖杆3、5、9、10，两根第一横杆分别为第一横杆6、7，两根第二横杆分别为第二横杆4、8，以所述吸能回收装置回收无人机的方向为前方，软网2除边缘外的部分后移形成袋状，软网2的边缘形成一个四方形开口，相互平行的多根弹簧1的一端均匀安装于软网2的四方形开口的四边，四根竖杆3、5、9、10的下端固定于地面，两根相互平行且上下分布的第一横杆6、7的两端分别与前面两根竖杆3、9的上端和下段连接，两根相互平行且左右分布的第二横杆4、8的两端分别与后面两根竖杆5、10的上端和上方的第一横杆6靠近两端的位置连接，第一横杆6、7分别和第二横杆4、8相互垂直，多根弹簧1的另一端均匀安装于由两根第一横杆6、7和前面两根竖杆3、9形成的四方形杆体上；四根竖杆3、5、9、10、两根第一横杆6、7和两根第二横杆4、8均为钢管，软网2一般采用塑料绳制作而成，弹簧1为螺旋形弹簧；竖杆3、5、9、10的高度为5m、直径为40mm、壁厚为4mm。如图1所示，使用时，无人机从软网2的四方形开口进入，在弹簧1的拉力作用下实现缓冲，完成回收。结合图1-图3，本专利技术所述小型无人机撞网吸能回收装置的设计方法，包括以下步骤：(1)计算无人机动能：撞网时刻无人机飞行速度V0，无人机质量m，通过公式(1)计算无人机动能：式中，Uuav为无人机撞网时刻的动能，单位J本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型无人机撞网吸能回收装置，其特征在于：包括一张软网、多根弹簧、四根竖杆、两根第一横杆和两根第二横杆，以所述吸能回收装置回收无人机的方向为前方，所述软网除边缘外的部分后移形成袋状，所述软网的边缘形成一个四方形开口，相互平行的多根所述弹簧的一端均匀安装于所述软网的四方形开口的四边，四根所述竖杆的下端固定于地面，两根相互平行且上下分布的所述第一横杆的两端分别与前面两根所述竖杆的上端和下段连接，两根相互平行且左右分布的所述第二横杆的两端分别与后面两根所述竖杆的上端和上方的所述第一横杆靠近两端的位置连接，所述第一横杆和所述第二横杆相互垂直，多根所述弹簧的另一端均匀安装于由两根所述第一横杆和前面两根竖杆形成的四方形杆体上。

【技术特征摘要】
1.一种小型无人机撞网吸能回收装置，其特征在于：包括一张软网、多根弹簧、四根竖杆、两根第一横杆和两根第二横杆，以所述吸能回收装置回收无人机的方向为前方，所述软网除边缘外的部分后移形成袋状，所述软网的边缘形成一个四方形开口，相互平行的多根所述弹簧的一端均匀安装于所述软网的四方形开口的四边，四根所述竖杆的下端固定于地面，两根相互平行且上下分布的所述第一横杆的两端分别与前面两根所述竖杆的上端和下段连接，两根相互平行且左右分布的所述第二横杆的两端分别与后面两根所述竖杆的上端和上方的所述第一横杆靠近两端的位置连接，所述第一横杆和所述第二横杆相互垂直，多根所述弹簧的另一端均匀安装于由两根所述第一横杆和前面两根竖杆形成的四方形杆体上。2.根据权利要求1所述的小型无人机撞网吸能回收装置，其特征在于：四根所述竖杆、两根所述第一横杆和两根所述第二横杆均为钢管。3.根据权利要求2所述的小型无人机撞网吸能回收装置，其特征在于：所述竖杆的高度为5m、直径为40mm、壁厚为4mm。4.一种如权利要求1、2或3所述的小型无人机撞网吸能回收装置的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)计算无人机动能：撞网时刻无人机飞行速度V0，无人机质量m，通过公式(1)计算无人机动能：Uuav=12mV02...(1)]]>式中，Uuav为无人机撞网时刻的动能，单位J；(2)计算弹簧结构参数，包括以下步骤：(2.1)设定弹簧数量n、弹簧簧丝直径d、弹簧圈数ns；(2.2)由弹簧数量计算竖杆的弹性能Ure；(2.3)由弹簧簧丝直径d计算弹簧弹性能Use；(2.4)由弹簧数量、竖杆弹性能Ure和弹簧弹性能Use计算弹簧塑性能Usp；(2.5)判断弹簧塑性能Usp是否小于等于零；(2.6)若步骤(2.5)的判断结果为是，则返回步骤(2.1)，或减小弹簧数量n，或减小弹簧簧丝直径d，或者减小弹簧圈数ns；(2.7)若步骤(2.5)的判断结果为否，则由弹簧塑性能Usp计算弹簧簧丝扭转角变化ΔΦ；(2.8)由弹簧簧丝直径d、弹簧圈数ns计算弹簧中径D；(2.9)由簧丝扭转角变化ΔΦ、弹簧中径D计算弹簧塑性拉伸长度H；(2.10)由弹簧圈数ns计算弹簧丝长度L；(2.11)判断弹簧塑性拉伸长度H是否大于弹簧丝长度L；(2.12)若步骤(2.11)的判断结果为是，则返回步骤(1)，或增大弹簧数量n，或增大弹簧簧丝直径d，或者弹簧圈数ns；(2.13)若步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙传杰，姜一鸣，李永泽，钱立新，陶江源，卢永刚，冯晓伟，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51