小型舰载固定翼无人机

1.本实用新型涉及海洋探测无人机，特别涉及一种小型舰载固定翼无人机。


背景技术：

2.固定翼无人机具有飞行时间长的优点，因此在海洋领域发挥着重要作用，例如用于海洋监测、海洋勘测和海洋执法。然而，由于船上缺乏安全可靠的短程固定翼无人机回收方法，导致它们的应用受到了限制。虽然撞网回收、降落伞回收和垂直绳索回收(天钩回收)等海上无人机回收方法得到了研究和应用。但是，这些方法需要很大的物理空间或人力协助，导致回收效率低。近年来，一种高效、智能化的舰载固定翼无人机释放回收系统被提出，该种回收方法属于全自主水平绳索回收，它通过将智能化水平拦阻系统固定在小型船只上，通过主动、实时补偿海浪等扰动使回收绳索保持水平，可大大提升固定翼无人机的回收成功率；其自动抓取装置可准确抓取并放置无人机到船上指定存放位置或弹射架上，可实现无人机的循环发射与应用。与以上海上固定翼无人机回收方法相比，该种回收方法对物理空间的要求很低，且智能化水平高，可以有效提升回收成功率。但是，由于该种回收系统物理尺寸小，该种方法对无人机的续航能力、稳定性和控制精度等总体性能要求较高。综上，可以看出，采用全自主水平绳索回收方法可以有效提升固定翼无人机海上回收的回收率和智能化水平，但对固定翼无人机本体的总体性能具有较高要求。具体地，用于海洋观测的、采用全自主水平横绳回收的固定翼无人机具体要求如下：长续航能力，完成海上飞行任务；低速性能，以减少回收时刻对无人机结构的影响；高控制精度，在小型回收系统下实现成功动态回收；抗干扰能力，抵抗尾流和其他干扰的影响；循环使用能力，可实现海上循环发射/回收。
3.在现有技术下，为提高固定翼无人机在这种新型全自主水平绳索回收系统下的任务执行能力及动态回收成功率，从而进一步提高固定翼无人机在海上应用的频度与广度，设计面向海洋应用的、具备海上高成功率回收的高性能无人机系统是未来的发展方向。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种小型舰载固定翼无人机，以解决现有用于海洋探测的固定翼无人机的自主性和海上回收成功率低，导致了固定翼无人机在海洋探测等应用难以推广与发展的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.本实用新型提供的一种小型舰载固定翼无人机，包括机头、机身、右机翼、右尾翼、左尾翼、回收钩组件、左机翼及回收钩锁定机构，其中机头设置于机身的前端，右机翼和左机翼对称设置于机身前部两侧，右机翼和左机翼上分别水平设有右电动螺旋桨和左电动螺旋桨，右尾翼和左尾翼对称设置于机身尾部，回收钩组件设置于机身的底部，回收钩锁定机构设置于机身内，回收钩锁定机构用于驱动和锁定回收钩组件，回收钩组件用于固定翼无人机的回收。
7.所述回收钩组件包括复位弹簧、转轴、回收钩固定座、回收钩及连接座，其中回收钩固定座与所述机身内部的机身隔框连接，回收钩位于所述机身的底部且一端设有连接座，连接座通过转轴与回收钩固定座铰接，回收钩的另一端为钩状结构；复位弹簧套设于转轴上，用于回收钩的复位。
8.所述回收钩锁定机构包括舵机、底座及摆臂，其中底座设置于所述机身的底部，且靠近所述连接座；摆臂转动安装在底座上，且摆臂的外侧端与所述连接座抵接；舵机设置于所述机身的内部，且输出端与摆臂的内侧端连接，舵机通过摆臂驱动所述连接座及所述回收钩向后侧转动。
9.所述右尾翼和所述左尾翼成v型布设。
10.所述右电动螺旋桨和所述左电动螺旋桨分别设置于所述右机翼和所述左机翼的前缘，且所述右电动螺旋桨和所述左电动螺旋桨相对所述机身对称布设。
11.所述右电动螺旋桨和所述左电动螺旋桨的螺旋桨旋转平面处于机身机翼包络面范围以内。
12.所述机身的两侧均设有后部挂杆和前部挂杆，前部挂杆位于后部挂杆的前侧，且前部挂杆的安装高度低于后部挂杆的安装高度。
13.所述机身的顶部设有姿态及编号识别二维码。
14.所述机头的前端部设有用于实时检测飞行速度的空速管；所述机头的底部设有摄像机，摄像机的外侧罩设有透明的摄像机半球罩，摄像机半球罩的包络线与所述机头的轮廓线通过顺畅曲线圆滑过渡。
15.所述机身的底部设有充电触点。
16.本实用新型的优点及有效果是：本实用新型提供的一种小型舰载固定翼无人机，通过机身内部搭载的飞控系统进行弹射起飞、探测飞行、自动回收，可实现对海洋的大面积自动探测。
17.本实用新型提供一种小型舰载固定翼无人机，有效提升了无人机的发射回收成功率，无人机的体积也相应变小，使海洋探测无人机的发射/回收安全性、使用效率、及智能性大大提升，可避免飞机损坏、回收失败等重大事故发生。
附图说明
18.图1为本实用新型一种小型舰载固定翼无人机的轴测图；
19.图2为图1中ⅰ处局部放大图；
20.图3为本实用新型一种小型舰载固定翼无人机的侧视图；
21.图4为本实用新型一种小型舰载固定翼无人机的仰视图；
22.图5为图4中ⅱ处局部放大图；
23.图中：1为机头，2为姿态及编号识别二维码，3为右电动螺旋桨，4为右机翼，5为右尾翼，6为左尾翼，7为回收钩组件，8为复位弹簧，9为转轴，10为回收钩固定座，11为机身隔框，12为后部挂杆，13为左机翼，14为左电动螺旋桨，15为摄像机半球罩，16为摄像机，17为空速管，18为前部挂杆，21为回收钩锁定机构，22为充电触点，23为回收钩，24为连接座，25为底座，26为摆臂。
具体实施方式
24.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。
25.如图1-4所示，本实用新型提供的一种小型舰载固定翼无人机，包括机头1、机身、右机翼4、右尾翼5、左尾翼6、回收钩组件7、左机翼13及回收钩锁定机构21，其中机头1设置于机身的前端，右机翼4和左机翼13对称设置于机身前部两侧，右机翼4和左机翼13上分别水平设有右电动螺旋桨3和左电动螺旋桨14，右尾翼5和左尾翼6对称设置于机身尾部，回收钩组件7设置于机身的底部，回收钩锁定机构21设置于机身内，回收钩锁定机构21用于驱动和锁定回收钩组件7，回收钩组件7用于固定翼无人机的回收。
26.如图2所示，本实用新型的实施例中，回收钩组件7包括复位弹簧8、转轴9、回收钩固定座10、回收钩23及连接座24，其中回收钩固定座10与机身内部的机身隔框11连接，回收钩23位于机身的底部且一端设有连接座24，连接座24通过转轴9与回收钩固定座10铰接，回收钩23的另一端为钩状结构；复位弹簧8套设于转轴9上，用于回收钩23的复位。
27.如图5所示，本实用新型的实施例中，回收钩锁定机构21包括舵机、底座25及摆臂26，其中底座25设置于机身的底部，且靠近连接座24；摆臂26转动安装在底座25上，且摆臂26的外侧端与连接座24抵接；舵机设置于机身的内部，且输出端与摆臂26的内侧端连接，舵机通过摆臂26驱动连接座24及回收钩23向后侧转动。在无人机后腹部位置设计回收钩锁定机构21，在无人机回收成功后，锁定因无人机重力压迫处于收回状态的回收钩23，以便于后续自动装填装置的抓取操作。
28.本实用新型的实施例中，右尾翼5和左尾翼6成v型布设于机身尾部上方，优选地，右尾翼5和左尾翼6成100
°
夹角。尾翼采用“v”型尾翼，可同时保证无人机的俯仰稳定性和偏航稳定性；在无人机回收过程中，可有效避免拦阻绳与尾翼产生碰撞导致损坏；同时可减少母船上的无人机存放空间。
29.本实用新型的实施例中，右机翼4和左机翼13固定在机身上部，机身与机翼之间采用翼身融合整流设计，以减少无人机的巡航阻力、提升续航时间。右电动螺旋桨3和左电动螺旋桨14分别设置于右机翼4和左机翼13的前缘，且右电动螺旋桨3和左电动螺旋桨14相对机身对称布设。
30.进一步地，右电动螺旋桨3和左电动螺旋桨14的螺旋桨旋转平面处于机身机翼包络面范围以内，避免回收过程中拦阻绳与螺旋桨发生刮擦。
31.如图3所示，本实用新型的实施例中，机身的两侧中下部均设有与机身隔框11连接的后部挂杆12和前部挂杆18，前部挂杆18位于后部挂杆12的前侧，且前部挂杆18的安装高度低于后部挂杆12的安装高度。后部挂杆12和前部挂杆18作为弹射加载点突出于机身外侧，可有效传递弹射时产生的集中力，避免对机身机构造成破坏。
32.进一步地，机身的顶部设有姿态及编号识别二维码2，用于机械臂的识别导引摄像机识别无人机的位置及相对姿态。机身的底部设有充电触点22，无人机被机械臂抓取放置至存储仓时，充电触点22与存储仓的自动充电装置连接，实现充电功能。
33.进一步地，机头1的前端部设有用于实时检测飞行速度的空速管17；机头1的底部设有摄像机16，摄像机16的外侧罩设有透明的摄像机半球罩15，摄像机半球罩15的包络线与机头1的轮廓线通过钝角顺畅曲线圆滑过渡，无人机前部气动外形更加流畅，在降低无人
机的巡航阻力的同时，亦可避免回收船载装置拦阻绳与飞机发生“咬合”碰撞而导致回收失败。摄像机16用于海洋监测，具有很好的前向视野，摄像机半球罩15具备良好的防海水、盐雾功能，提升摄像机寿命。固定翼无人机的机身上部为光滑平面，便于机械臂的自动抓取装置真空吸盘的抓取成功率。
34.本实用新型提供的一种小型舰载固定翼无人机，用于海洋探测，可自动连续发射回收，用以解决现有用于海洋探测的固定翼无人机系统自主性及回收成功率低的问题。机头1下部弧线向机身后下方光顺延展，在回收飞行高度偏低时，可有效地将回收绳向下偏转，提升回收高度控制的容差率，从而提升挂绳回收成功率。本实施例中，采用翼挂式双电机螺旋桨驱动，相比于安装于机体尾部的单螺旋桨动力布局，可提升飞机低速升力，降低与母船在回收时的相对速度，可有效避免尾部单发螺旋桨容易造成回收绳意外刮致螺旋桨而导致复飞失败的风险。双螺旋桨以同转速对转，其反作用力矩可相互抵消，消除了尾部单发螺旋桨动力布局产生的反作用力矩带来的控制扰动，提升控制精度和回收成功率。
35.本实用新型的实施例中，机身的腹下部安装可自动收放的锁定回收钩组件7，当无人机发射时，无人机脱离发射架后，锁定回收钩组件7脱离发射装置约束后靠复位弹簧8的弹力及重力自动放下；当无人机被成功回收后，锁定回收钩组件7可通过状态检测完成自动锁定，以方便机械臂二次装填发射。弹射装置的托架与机身间具有间隙(典型值1mm-60mm)，可有效降低对自动装填装置定位精度的要求；弹射杆外侧限位装置、防止侧风弹射时无人机脱离弹射托架。双发动机螺旋桨(右电动螺旋桨3和左电动螺旋桨14)采用反向旋转工作方式，可抵消发动机螺旋桨旋转时产生的不对称力矩，提高无人机的稳定性；结合螺旋桨滑流场与机翼的气动耦合作用，进行机翼优化设计，减少机翼阻力并提升无人机的低速性能。无人机机身上为光滑平面设计，提升自动装填系统的机械臂真空抓取组件的抓取成功率，在机身上部平面，设计有姿态及编号识别二维码2，自动抓取装置的识别摄像头可通过该姿态及编号识别二维码2判断无人机的位置和姿态，以便于自动抓取装置准确抓取无人机及准确放置无人机。无人机通过机身内部搭载的飞控系统进行弹射起飞、探测飞行、自动回收，可实现对海洋的大面积自动探测。
36.本实用新型的实施例中，无人机的重量为1600克，翼展为1.2米，无人机的自动发射频次达到了3架次/分钟以上，自动回收成功率达到了95％以上，有效提升了无人机的发射回收成功率，无人机的体积也相应变小，发射成功率提升了30％，回收成功率提升了50％，发射频次提升了80％。本实用新型使海洋探测无人机的发射/回收安全性、使用效率、及智能性大大提升，可避免飞机损坏、回收失败等重大事故发生。
37.以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。