用于中小型无人机回收的高速伞降系统、方法、及弹射伞技术方案

本发明专利技术公开了一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统、方法、弹射伞，其特点在于：包括地面控制站控制单元、环境和飞机信息数据采集单元、飞控系统、数据处理和执行信息生成单元、弹射程序启动单元；该方法包括：设置无人机低空低速开伞的高度参数、速度参数；无人机飞临指定着陆区上空并接收地面站指令；确定着陆区并按照指定路线进场；启动控制系统弹射开伞、着陆；该弹射伞包括降落伞和安装在降落伞四角的弹射气瓶枪；本发明专利技术通过低空开伞，节省了无人机进入着陆区以后50%的垂直降落时间；通过开伞过程全部自动化，实现了无人机着陆预定目标点的精准定位；通过弹射开伞，提高了开伞速度。

High speed parachute system, method and ejection umbrella for medium and small sized UAV recovery

The invention discloses a high speed parachute control system, method and ejection umbrella for small and medium UAV recovery, which includes the control unit of the ground control station, the environment and the aircraft information data acquisition unit, the flight control system, the data processing and execution information generating unit, the ejection program starting unit, and the method package. Including: setting the height parameters and speed parameters of low speed unmanned aerial vehicle (UAV) low speed open parachute; unmanned aerial vehicle flying over the designated landing area and receiving ground station instructions; determining the landing area and entering the field according to the specified route; starting control system ejection to open the umbrella and landing; the ejection umbrella includes a parachute and an ejection cylinder gun installed at four angles of the parachute; The invention saves 50% of the vertical landing time after the unmanned aerial vehicle enters the landing area by the low altitude open umbrella, and realizes the accurate positioning of the predetermined target point of the UAV landing through the whole process of opening the umbrella, and improves the speed of the parachute opening by ejecting the umbrella.

【技术实现步骤摘要】
用于中小型无人机回收的高速伞降系统、方法、及弹射伞
本专利技术涉及无人机回收
，特别涉及一种用于中小型无人机回收的高速伞降系统、方法、及弹射伞。
技术介绍
伞降回收方式是中小型无人机常规采用的回收方式。中小型无人机适用的范围很广泛，但是回收中小型无人机始终是无人机应用的一大障碍。由于中小型无人机常在森林、山区、河湖、高寒地区和近海使用，起飞和着陆回收由于地貌和条件限制，必须具备多种起飞和回收技术。伞降回收技术通常采用无人机所携带的降落伞在空中开伞，然后缓慢的降落到地面。当无人机在山地或森林和水面飞行时，伞降的最终着陆点往往由于风向、风力的原因，无人机的真实着陆地点偏离预定目的地，以至于造成摔失、损坏等问题；或由于无人机自身开伞缓慢的原因，以至于造成无人机无法及时回收等问题。对于和平时期，使用者还可以利用后期搜索来寻回无人机。当在战场使用，不仅损失无人机，而且所执行任务的结果和计划将全部损失，严重影响战局。解决无人机自身开伞缓慢的问题，首先分析普通降伞技术的瓶颈问题：无论无人机的重量，飞行速度的不同，开伞高度通常是离地300米-100米高度上开伞。开伞时间从开伞指令发出到伞抛出或由牵引伞开始拉伞，大约要3-5秒，这个开伞过程取决于无人机开伞前的飞行速度。对于中型无人机，重量为200公斤-300公斤重的飞机，开伞速度约为120-150公里/时，对于小型无人机，开伞速度约为60公里-100公里/时，而牵引伞或降落伞在60公里这样低速全展开时间需2-3秒。这样当降落伞开始承受全部飞机重量而减速时，已经有大约5-7秒时间过去。而开伞后飞机减速到近似下降状态，还需要1-2秒，因此从开伞指令到垂直降落几乎要用7-9秒钟。尽管从开伞指令到垂直降落几乎要用7-9秒钟，然而开伞必需有一定高度，让垂直下降速度降到和保持无人机可以被接受的着地速度是需要相当高度的。这个高度按常规设计的降落伞而言，一般需要100米-300米高度，可以被接受的设定的着陆速度不大于6米/秒，对于小型轻型无人机甚至可以是8米/秒。尽管着陆速度6-8米/秒已经是可接受极限，但对于着陆速度6-8米/秒的无人机，如果没有足够的保护措施会造成无人机结构、设备、动力系统相当大，以至于无法修复的损坏。通常采用火箭反冲、气垫缓冲等措施，但是总体来看效果不是很好，时有损坏和失效的情况。普通降伞技术不仅存在上述问题，还存在偏离目标点问题。当无人机最终开伞时的风速达到8米-10米/秒（这是十分常见的情况，尤其是山区和海边），那么由于风力的原因，假设飞机从100米高空下降到地面，如果需要10秒的话，由于每秒偏离8-10米，到达地面时，就会偏离预定着陆点大约100米。如果开伞高度是300米高度，当着飞机下降到陆地时，就会偏离预定着陆点约300米。问题还不仅仅是距离的偏移，主要的困难时整个着陆回收过程是非可控的。这对于军用的无人机来讲是难以被接受的。综上，现有技术存在无人机开伞高度不可降的难题、存在开伞过程时间长的难题、存在飞机着陆后偏离预定目标点的难题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的问题，提出了一种用于中小型无人机回收的高速伞降系统、方法、及弹射伞，用以达到无人机快速回收、低空开伞回收，精确回收的目的。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统，其特点是：包括地面控制站控制单元、环境和飞机信息数据采集单元、飞控系统、数据处理和执行信息生成单元、弹射程序启动单元；所述的飞控系统分别与环境和飞机信息数据采集单元、弹射程序启动单元单向连接，与数据处理和执行信息生成单元双向连接；所述的数据采集单元与地面控制站控制单元自动无线双向连接。所述的弹射程序启动单元包括开启伞舱模块、高压弹射器启动模块、弹射开伞模块、着陆弃伞模块；所述弹射开伞模块包括：高压弹射器启动模块、牵引伞启动模块。所述的数据采集单元采集的环境信息包括周围环境数据和地面信息；所述周围环境数据包括：大气压、湿度、窑度、温度、风向、风速、飞行高度、飞行速度、方向、GPS地址；所述地面信息包括照相图像信息，数据采集单元将照相图像信息传送给地面站并接收地面站指令。一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、设置无人机低空低速开伞的高度参数、速度参数；步骤二：无人机飞临指定着陆区上空并接收地面站指令；步骤三、确定着陆区并按照指定路线进场；步骤四、启动控制系统弹射开伞、着陆。所述步骤一的低空开伞高度为50米、低空开伞速度为最小安全飞行速度；所述步骤二的无人机飞临指定着陆区上空并接收指令，具体为无人机飞临预进入区上空时，接收地面控制站指令以及着陆地点的GPS坐标，根据该GPS坐标，确定预进入区以及着陆区的范围。所述步骤三的确定着陆区并按照指定路线进场，具体包括以下过程：所述伞材采用轻质、特殊折叠降的降落伞；所述的起落架为带有缓冲作用的起落架；所述起落架可以承受1.5G过载冲击；所述步骤四的启动控制系统弹射开伞、着陆，具体包括以下过程：所述的执行信息为开伞过程执行信息；所述弹射开伞包括：高压弹射器启动、牵引伞启动；所述顶风开伞是用逆风速来降低开伞后的速度，相对风速大，有利于缩短开伞时间，1秒开伞。所述无人机着陆为垂直降落着陆，垂直降落速度最高约8米/秒；所述高压弹射器启动即是通过安装在降落伞四角的高压气瓶枪瞬时把降落伞弹出伞舱，使伞很快张开充满，弹射过程为1-2秒间；弹射气瓶枪和伞折叠方式相配合，弹射枪方向是向上、向外、向前的综合方向，由计算和试验方式确定。所述牵引伞启动为高压气弹射枪牵引出小牵引伞，再由小牵引伞拉出主伞，或者直接由高压气弹射枪直接牵引出主伞。一种如权利要求1所述一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统的高压弹射气瓶枪降落伞，其特点是：包括降落伞和安装在降落伞四角的弹射气瓶枪，所述弹射气瓶枪为筒状的内外两层，外层为高压气瓶，内层为发射筒，发射筒的底部沿中心区域圆周方向连接有气塞或开关，发射筒的顶部为半球形，半球形顶部对称设置有一对环孔，环控上设置有半圆形的连接环，半圆形连接环的直径边通过伞面边缘缝制的加强布和伞面、伞绳缝合在一起。本专利技术的优点和积极效果是：1、低空开伞，节省了无人机进入着陆区以后50%的垂直降落时间。本专利技术打破了传统的思维模式，采用顶风降速代替高空降速，用逆风速来降低开伞后的速度，使得开伞高度从100米下降到仅有50米高度，有效缩短了无人机回收时间，解决了本领域技术人员长期以来难以解决的开伞高度降不下来的难题。2、本专利技术实现开伞过程全部自动化，过程可控，精确回收。通过200米直径预进入区的设置，解决了从程序执行到着陆区的时间延时问题，从而保证了着陆精度；通过控制系统数据处理单元与地面控制站控制单元的双向通讯，使得地面站能够通过数据处理单元反馈的照相图片信息实时掌控无人机与预定目标点的相对位置情况，从而实时控制伞降回收的全过程；通过数据采集单元收集环境信息并发送给飞控系统、通过数据处理单元对环境信息的处理并自动生成开伞过程信息并将其反馈给飞控系统，实现了开伞、降伞、着陆全部过程智能化。3、弹射开伞、精确定位。本专利技术通过在降落伞四角安装的高压气瓶枪瞬时把降落伞弹出伞舱，使伞很快张开充满，开伞时间由3秒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统，其特征在于：包括地面控制站控制单元、环境和飞机信息数据采集单元、飞控系统、数据处理和执行信息生成单元、弹射程序启动单元；所述的飞控系统分别与环境和飞机信息数据采集单元、弹射程序启动单元单向连接，与数据处理和执行信息生成单元双向连接；所述的数据采集单元与地面控制站控制单元自动无线双向连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统，其特征在于：包括地面控制站控制单元、环境和飞机信息数据采集单元、飞控系统、数据处理和执行信息生成单元、弹射程序启动单元；所述的飞控系统分别与环境和飞机信息数据采集单元、弹射程序启动单元单向连接，与数据处理和执行信息生成单元双向连接；所述的数据采集单元与地面控制站控制单元自动无线双向连接。2.根据权利要求1所述的一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统，其特征在于：所述的弹射程序启动单元包括开启伞舱模块、高压弹射器启动模块、弹射开伞模块、着陆弃伞模块；所述弹射开伞模块包括：高压弹射器启动模块、牵引伞启动模块。3.根据权利要求1所述的一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统的控制方法，其特征在于：所述的数据采集单元采集的环境信息包括周围环境数据和地面信息；所述周围环境数据包括：大气压、湿度、窑度、温度、风向、风速、飞行高度、飞行速度、方向、GPS地址；所述地面信息包括照相图像信息，数据采集单元将照相图像信息传送给地面站并接收地面站指令。4.一种如权利要求1所述一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、设置无人机低空低速开伞的高度参数、速度参数；步骤二：无人机飞临指定着陆区上空并接收地面站指令；步骤三、确定着陆区并按照指定路线进场；步骤四、启动控制系统弹射开伞、着陆。5.根据权利要求4所述的一种用于中小型无人机回收的高速伞降控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤一的低空开伞高度为50米、低空开伞速度为最小安全飞行速度；所述步骤二的无人机飞临指定着陆区上空并接收指令，具体为无人机飞临预进入区上空时，接收地面控制站指令以及着陆地点的GPS坐标，根据该GPS坐标，确定预进入区以及着陆区的范围；所述步骤三的确定着陆区并按照指定路线进场，具体包括以下过程：确定进场方向、高度、飞航路线，并通知地面站；准备手控着陆过程用作备份开伞指令，同时放下起落架；所述伞材采用轻质、特殊折叠降的降落伞；所述的起落架为带有缓冲作用的起落架；所述起落架可以承受1.5G过载冲击...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈观清，春燕，
申请(专利权)人：北京正兴弘业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11