CN107215462B - 一种垂直起降固定翼无人机降落方法及降落装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机技术领域，一种垂直起降固定翼无人机降落方法，包括以下技术步骤：飞行器水平飞行，转成垂直飞行状态；垂直飞行状态下，使机腹对风，同时垂飞模式下控制飞机精确到达降落点上方；控制飞机由垂直飞行转换为水平飞行，机头迎风，机身保持水平；关闭发动机自由降落；降落至设定高度后，调整机身姿态至垂直状态；飞行器缓慢降落。本发明解决了飞行器从高空垂直降落过程能量损耗大的问题，极大降低了能量损耗，间接提高了飞机的续航能力，机身失稳摔倒的过程中，螺旋桨的部位被架空。
Description
技术领域
本技术涉及无人机技术领域，具体涉及一种垂直起降固定翼无人机降落的方法及装置。
背景技术
垂直起降固定翼无人机同时具备垂直起降和高速巡航的能力，克服了传统固定翼无人机需借助较长跑道起降的弊端，这种优势保证它能在山区、丘陵、丛林等复杂地形和建筑物密集区域顺利作业，极大拓展了固定翼无人机在国土资源测绘、警用消防侦察、应急救援等领域的应用范围。随着垂直起降固定翼无人机技术的广泛应用，其在垂直降落过程中动能消耗大的问题也暴露出来，如何减少飞机在降落过程中的能量消耗，是需要解决的重大问题，同时尽可能减少机身翻倒时飞机损伤、保护螺旋桨是需要解决的重大问题。
高空作业完成后，现有技术的固定翼无人机到达降落点附近通常采用盘旋飞行降低高度，而盘旋降高方式受山区或城市空域条件限制经常无法实施。现有技术的垂直起降固定翼无人机在降落过程中采用全程垂直降落，这种垂直降落方式需要发动机全程高速运转，损耗能量较大。
现有技术（公开号CN105905295）为申请人研发的垂直起降固定翼无人飞行器，为本申请的提出奠定了硬件基础。
发明内容
本申请为解决上述技术问题，提供了一种能节能、快速垂直稳定降落的方法。
1.一种垂直起降固定翼无人机降落方法，包括以下技术步骤：
1）飞行器水平飞行，平飞到达降落点上方，平飞转成垂直飞行状态；
2）垂直飞行状态下，飞机沿着机腹调整姿态，使机腹对风，同时垂飞模式下控制飞机精确到达降落点上方；
3）控制飞机由垂直飞行转换为水平飞行，此时机头迎风，机身保持水平；
4）关闭发动机，机身在无动力状态下做无动力自由降落，副翼上拉提供俯仰安定性，翼尖小翼上反角提供横滚安定性；
5）飞行器降落至设定高度后，发动机启动，调整机身姿态至垂直状态；
6）调整发动机转速，使转速平滑降低，飞行器缓慢降落；
7）支撑装置接触地面,若风力较小，触地保持垂直姿态；若风力较大，由于机腹主动对风，飞机前倾，支撑装置下支撑面支撑降落，支撑装置下支撑面先着地，机身继续前倾，直到机头也触地，下支撑面前缘与机头切线低于螺旋桨桨尖，有效保护螺旋桨不会由于触地而损坏。
进一步地，机腹对风的姿态由机身内部角度传感器控制，控制横滚角减小趋近于零，俯仰角变为负值。
其中步骤7）中所用到的降落装置，飞行器螺旋桨的正下方固定有支撑架，支撑架的后支撑面与机翼端面齐平，支撑架的下支撑面为直线，支撑架的下支撑面与机身后延长线锐角夹角设置，下支撑面与后支撑面圆弧过渡，撑架的前支撑面为圆弧形。
本发明有益之处在于，
1）解决了飞行器从高空垂直降落过程能量损耗大的问题，通过机身水平无动力自由落体式降落有效利用了空气阻力，大大加快高空降落时间，极大降低了能量损耗，间接提高了飞机的续航能力。
2）机身失稳摔倒的过程中，着力点位置可沿着下支撑面不断向上调整，始终将飞机重心与飞机下支撑面的距离保持在一定范围内，减缓飞机倾倒的势能，达到保护机身的效果。而当飞机完全倾倒时，机头与支撑的上边缘着地，螺旋桨的部位被架空，不会与地面产生碰撞，从而达到保护螺旋桨的效果。
附图说明
图1降落过程示意图；
图2 倾斜支持过程示意图；
图3支撑装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。
本发明为了实现无人机垂直起降及稳定支撑，提供一种垂直起降固定翼无人机降落支撑装置，机身后方设有三角形机翼，机翼的末端与机身末端齐平，形成机翼末端支撑结构。机身前方设有鸭翼，机翼中部分别设有电机带动的螺旋桨。螺旋桨的正下方固定有支撑架，支撑架的后支撑面与机翼端面齐平，支撑架的下支撑面为直线，支撑架与机翼末端形成垂直起降时的稳定支撑结构。
支撑架的下支撑面为直线形状，支撑架的下支撑面与机身后延长线锐角夹角设置，此支撑架有以下两种支撑形式。第一，利用后支撑面进行竖直支撑，使得飞机实现竖直触地降落。第二，当飞机机头因为外力发生倾斜，机头支撑，此时机头与支撑架连线与地面相切，机头前倾接触地面，与支撑架前部圆弧过渡处形成三点支撑的形式。
圆弧形过渡的结构使得机身在失稳摔倒的过程中，着力点位置可沿着下支撑面连续向上过渡，始终将飞机重心与飞机下支撑面的距离保持在一定范围内，减缓飞机倾倒的势能，达到保护机身的效果。
垂直起降固定翼无人机降落方法，包括以下技术步骤：
1）飞行器水平飞行，平飞到达降落点上方，两侧螺旋桨联动控制拉力，两侧副翼联动提供俯仰控制，机头抬升，两侧螺旋桨控制转速，使得飞机由平飞转成垂直飞行状态。
2）垂直飞行状态下，由于姿态定义改变，两侧螺旋桨联动控制拉力的同时，差动提供横滚控制，飞机沿着机腹调整姿态，使机腹对风，控制算法的位置控制部分生成参考指令姿态给姿态控制部分，使得横滚角减小直到接近零，俯仰角变为负值即机腹对风，同时垂飞模式下控制飞机精确到达降落点上方。
3）控制飞机由垂直飞行转换为水平飞行，两侧螺旋桨联动控制拉力，同时两侧副翼联动提供俯仰控制，使飞机由垂飞转换成水平飞行，此时机头迎风，机身保持水平。
4）关闭发动机，机身在无动力状态下做无动力自由降落，副翼上拉提供俯仰安定性，由于翼尖小翼有上反角，提供横滚安定性，副翼上拉提供俯仰安定性，机头顶风，飞机能保持水平无动力稳定自由下落。
5）飞行器降落至设定高度后，发动机启动，调整机身姿态至垂直状态，该机身调整姿态的过程同步骤1）中姿态调整过程；
6）调整发动机转速，使转速平滑降低，飞行器缓慢降落；
7）支撑装置后支撑面接触地面，若风力较小，支撑装置后支撑面接触地面垂直降落；若风力较大，飞机主动使腹部对风前倾，支撑装置下支撑面先触地，机身继续前倾，直到机头也触地。
Claims (3)
1.一种垂直起降固定翼无人机降落方法，其特征在于，包括以下技术步骤：
1）飞行器水平飞行，平飞到达降落点上方，平飞转成垂直飞行状态；
2）垂直飞行状态下，飞机沿着机腹调整姿态，使机腹对风，同时垂飞模式下控制飞机精确到达降落点上方；
3）控制飞机由垂直飞行转换为水平飞行，此时机头迎风，机身保持水平；
4）关闭发动机，机身在无动力状态下做无动力自由降落，副翼上拉提供俯仰安定性，翼尖小翼上反角提供横滚安定性；
5）飞行器降落至设定高度后，发动机启动，调整机身姿态至垂直状态；
6）调整发动机转速，使转速平滑降低，飞行器缓慢降落；
7）支撑装置接触地面,若风力较小，触地保持垂直姿态；若风力较大，由于机腹主动对风，飞机前倾，支撑装置下支撑面支撑降落，支撑装置下支撑面先着地，机身继续前倾，直到机头也触地，下支撑面前缘与机头切线低于螺旋桨桨尖，有效保护螺旋桨不会由于触地而损坏。
2.根据权利要求1所述的降落方法，其特征在于，机腹对风的姿态由机身内部角度传感器控制，控制横滚角减小趋近于零，俯仰角变为负值。
3.根据权利要求1所述的降落方法中步骤7）中所用到的降落装置，其特征在于，飞行器螺旋桨的正下方固定有支撑架，支撑架的后支撑面与机翼端面齐平，支撑架的下支撑面为直线，支撑架的下支撑面与机身后延长线锐角夹角设置，下支撑面与后支撑面圆弧过渡，撑架的前支撑面为圆弧形。
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