一种无人机起降平台及一种无人机起飞、降落系统的制作方法

1.本发明属于垂直起降固定翼无人机的发射和回收领域，具体为一种无人机起降平台及一种无人机起飞、降落系统，主要用于实现固定翼无人机的垂直起降。


背景技术：

2.由于固定翼的巡航效率较高的原因，实现固定翼短距垂直起降更有经济及军事价值。要实现固定翼飞机垂直起降，必须要飞机推重比必须大于1（一般为1.3~1.5），这极大地限制飞机的任务载荷和燃油装载；其次要具有一套复杂且可靠的推力转向机构；并且还需解决在垂直起降过程中复杂的飞机姿态控制问题，垂直起降与高效高速巡航是一对矛盾体。
3.公开号为cn111152920a的专利公开了一种可垂直起降的无人机，其包括：固定翼系统，其包括分别位于无人机机身中部左右两侧的机翼，以及设置在无人机机身后方的尾翼，其中，尾翼与无人机机身之间连接有尾杆；尾部斜推支撑架，其垂直设置在尾杆上；固定翼推进装置，其设置在所述尾部斜推支撑架的上端，在无人机飞行过程中运行在固定翼模式，输出驱动力驱动无人机飞行；垂直起降系统，其设置在无人机机身上，在无人机起飞和/或降落的过程中运行在垂直起降模式，驱动螺旋桨旋转带动无人机起飞或降落；其中，所述垂直起降系统包括：碳纤维管，其包括分别与无人机机身固定连接的4个，4个碳纤维管分别对称的设置在无人机机身的左右两侧；电机安装板，其分别水平的设置在各所述碳纤维管的远端，所述电机安装板平行于所述无人机的机身；电机，其固定在各所述电机安装板上，具有电机轴，用于输出扭矩；螺旋桨驱动轴，其分别连接各所述电机的电机轴，所述螺旋桨驱动轴垂直向上设置在无人机的电机安装板上，由所述电机轴驱动运转；螺旋桨，其分别连接在各所述螺旋桨驱动轴的顶部，由电机驱动水平旋转，带动无人机起飞或降落。
4.该专利中采用了复合式无人机的方式，在无人机机身上同时设置固定翼系统和垂直起降系统，在起飞降落时控制无人机运行在垂直起降模式，通过垂直起降系统起飞或降落；在无人机上升到一定高度飞行的过程中，控制无人机运行在固定翼模式，通过倾斜设置的固定翼推进装置输出驱动力驱动无人机飞行。但该专利中要实现上述垂直起飞，必定要在无人机上增加额外的装置（碳纤维管、电机安装板、螺旋桨驱动轴、螺旋桨等），增大了无人机本身的重力，在飞行过程中，要使得无人机正常运行，无人机的升力与重力之间的比例关系必然是很大的影响因素，而在无人机重力较大的情况下，需要提供更大的升力使得无人机正常飞行，这极大地限制无人机的任务载荷和燃油装载。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种无人机起降平台及一种无人机起飞、降落系统，主要用于实现固定翼无人机的垂直起降。
6.本技术为了解决上述技术问题，提供了一种无人机起降平台，所述无人机起降平台设有涵道风扇；所述无人机起降平台上端设有无人机收放槽，用于搭载无人机；所述涵道
风扇使得所述无人机起降平台移动配合无人机在指定高度及指定速度下起飞或降落。
7.本技术中，单独设计一种辅助无人机垂直起降的无人机起降平台，该平台本质是一款带有涵道风扇的无人机，本身具备垂直起降功能，并带有固定翼无人机的收放机构，为固定翼无人机的起飞和降落提供保障，搭载固定翼无人机起飞，并完成其降落问题，其中，无人机起降平台在搭载无人机垂直上升后转水平飞行，与无人机同步加速或减速，相当于空中的“移动跑道”，实现无人机在指定高度和速度下进行起飞和降落，解决了固定翼无人机依赖环境场地、需要长距离跑道的问题，同时，解决了当前复合式无人机系统冗余且气动效率较低的问题。
8.作为优选，所述涵道风扇设有滑流舵，用于控制所述无人机起降平台的仰俯。
9.作为优选，所述涵道风扇设有多个，分别对称设置在所述无人机起降平台两侧，且所述涵道风扇可独立控制。
10.作为优选，所述无人机起降平台包括设于两侧的侧支撑部，用于将所述无人机起降平台支撑在地面上。
11.本技术还提供了一种无人机起飞系统，包括无人机、上述的一种无人机起降平台；所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及指定速度下起飞的方法包括：s1.所述无人机起降平台搭载所述无人机垂直上升，直至达到所述指定高度；s2.所述无人机起降平台调整飞行姿态，直至达到水平飞行状态；s3.所述无人机起降平台搭载所述无人机水平加速；s4.增加所述无人机起降平台及所述无人机的前飞速度，使得所述无人机升力大于其自身重力，使得所述无人机与所述无人机起降平台分离，完成起飞。
12.作为优选，所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及速度下起飞的方法中，所述步骤s1前包括：s0.调整所述无人机起降平台的涵道风扇为垂直状态。
13.作为优选，所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及指定速度下起飞的方法中，所述步骤s2中，通过调整所述无人机起降平台的涵道风扇由垂直状态转变为水平状态，来实现调整所述无人机起降平台的飞行姿态。
14.作为优选，所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及指定速度下起飞的方法中，所述步骤s3中，调整所述无人机起降平台的升力等于其自身重力。
15.本技术还提供了一种无人机降落系统，包括无人机、上述的一种无人机起降平台；所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及指定速度下降落的方法包括：t1.所述无人机起降平台垂直上升，直至达到所述指定速度；t2.调整所述无人机起降平台的飞行姿态，直至达到水平飞行状态；t3.调整所述无人机起降平台与所述无人机位于同一高度；调整所述无人机起降平台与所述无人机的速度为所述指定速度；t4.所述无人机与所述无人机起降平台对接；t5.调整所述无人机起降平台的飞行姿态，直至达到垂直降落状态；t6.所述无人机起降平台搭载所述无人机垂直下降，直至落地。
16.作为优选，所述无人机降落系统还包括统一调度平台，所述步骤t3中，通过所述统一调度平台调整实现所述无人机起降平台和所述无人机之间的位置共享和通信。
17.本发明具有如下技术效果：1.通过涵道风扇的滑流舵的偏转控制无人机起降平台的仰俯，使得无人机起降平台可以在涵道风扇的滑流舵处于垂直状态下进行垂直起降，进而搭载无人机实现垂直起降。还可通过控制滑流舵的偏转控制无人机起降平台的从垂直飞行与水平飞行之间的转换，以满足不同的需求。
18.2.涵道风扇设有多个，多个涵道风扇共同为无人机起降平台提供动力支持和姿态控制，其中，多个涵道风扇对称设置在无人机起降平台的两侧，可保证无人机起降平台的飞行时的平衡。
19.3.无人机起降平台两侧的侧支撑部可以作为支脚，使得无人机起降平台平稳地落在地面上，同时也可以作为无人机起降平台的翼梢端板，提高巡航效率。
20.4.在涵道风扇为垂直状态下（滑流舵为垂直状态下）无人机起降平台搭载无人机垂直起升，涵道风扇通过自身偏转控制无人机起降平台由垂直飞行状态转变为水平飞行状态，在进入水平飞行状态时，即刻加速，搭载在其上的无人机也同步加速，使得无人机在无人机起降平台上实现助跑起飞。在无人机为固定翼无人机时，可解决固定翼无人机需要较长的跑道来起飞的问题，因此，也减少了对起飞场地条件的依赖。
21.5.在无人机起飞过程中，所述步骤s3中，调整无人机起降平台的升力等于自身重力，保证无人机起降平台不会在水平飞行过程中有上升或下降趋势，便于实现无人机在“水平面”上的助跑过程。
22.6.在无人机降落过程中，无人机起降平台垂直起飞到指定高度，用于和无人机在空中实现对接，其中，对接时通过统一调度平台分别调整无人机起降平台和无人机的位置及速度等，在调整无人机起降平台和无人机在同一高度且速度为所述指定速度时实现对接。其中，这里的所述指定速度指无人机起降平台和无人机的相对加速度差别较小（趋近于0）时的速度，便于提高无人机对接到无人机起降平台上的稳定性。在对接成功后无人机起降平台搭载无人机垂直降落到指定的位置。降落过程同样消除了通过长跑道滑行停止的问题，减少了对起飞场地条件的依赖。
附图说明
23.图1 无人机起降平台结构图。
24.图2 涵道风扇结构图。
25.图3 无人机收放槽与对接部连接结构图。
26.图4 无人机起降平台搭载无人机起飞示意图。
27.图5 无人机起降平台搭载无人机降落示意图。
28.图6 无人机起降平台搭载无人机起飞的流程图。
29.图7无人机起降平台搭载无人机降落的流程图。
30.其中 1-无人机起降平台；1-1-涵道风扇；1-11-滑流舵；1-2-无人机收放槽；1-21-固定卡块；1-22-弹性件；1-3-侧支撑部；2-无人机；2-1-对接部；2-11-固定槽。
具体实施方式
31.这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。除非另外
定义，否则本文使用的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，常用术语应该被解释为具有与其在相关领域和本公开内容中的含义一致的含义。本公开将被认为是本发明的示例，并且不旨在将本发明限制到特定实施例。
32.实施例一本实施例提供了一种无人机起降平台，所述无人机起降平台1设有涵道风扇1-1；所述无人机起降平台1上端设有无人机收放槽1-2，用于搭载无人机2；所述涵道风扇1-1使得所述无人机起降平台1移动配合无人机2在指定高度及指定速度下起飞或降落。
33.本实施例中，如图1，无人机起降平台1设有涵道风扇1-1，相当于涵道风扇无人机，使得无人机起降平台1可以垂直起飞和降落，无需像固定翼无人机那样需要跑道、发射器和回收装置，在垂直起飞后，无人机起降平台1通过倾转涵道风扇从垂直状态转入平飞状态，并提速飞行。本实施例中主要用于搭载固定翼无人机2实现垂直起飞和降落，起飞时，先搭载无人机2垂直起升，在上升到指定高度后转平飞，相当于“空中移动跑道”，为固定翼无人机2提供跑道，使得固定翼无人机2在无人机起降平台1上完成起飞。降落时，固定翼无人机2与无人机起降平台1在空中对接，然后同样通过倾转无人机起降平台1的涵道风扇实现搭载无人机2垂直降落。
34.本实施例中，所述的指定高度下的起飞和降落根据具体的环境确定，在确保无人机起降平台1上升至某一高度时，无人机起降平台1在水平方向上周围无遮挡物时可通过操作终端指定该高度为指定高度，继而控制无人机起降平台1进入转平飞的过程；在起飞过程中，所述的指定速度指，在无人机起降平台1搭载无人机2平飞加速，在加速过程中无人机2产生升力，在加速到某一速度时，无人机2的升力大于其自身重力时，无人机2从无人机起降平台1上起飞，即确定该速度为起飞时的指定速度；在降落过程中，所述的指定速度指，在无人机2与无人机起降平台1在空中对接时，无人机2与无人机起降平台1相对加速度差较小（趋近于0）且均能维持正常平飞所需的速度为指定速度。
35.其中，所述涵道风扇1-1设有滑流舵1-11，用于控制所述无人机起降平台1的仰俯。如图2，具体地，滑流舵1-11设于涵道风扇1-1后方，其角度可调整，即通过控制涵道风扇1-1后方滑流舵1-11的偏转来控制无人机起降平台1的仰俯运动，控制无人机起降平台1的飞行方向。本实施例中，所述涵道风扇1-1设有多个，分别对称设置在所述无人机起降平台1两侧，且所述涵道风扇1-1可独立控制。其中，涵道风扇1-1的滑流舵1-11为垂直状态下（涵道风扇1-1为垂直状态下），为无人机起降平台1提供垂起姿态控制，即可使得无人机起降平台1垂直起飞；涵道风扇1-1的滑流舵1-11为水平状态下（涵道风扇1-1为水平状态下），为无人机起降平台1提供平飞姿态控制，无人机起降平台1可实现平飞。
36.除此之外，本实施例中，所述无人机起降平台1包括设于两侧的侧支撑部1-3，用于将所述无人机起降平台1支撑在地面上。相当于无人机起降平台1的支脚，可使得无人机起降平台1落在地面上的稳定性，且该侧支撑部1-3也可以作为无人机起降平台1的翼梢端板，提高巡航效率。其中，本实施例中，涵道风扇1-1设于无人机起降平台1两侧的侧支撑部1-3上。
37.实施例二本实施例提供了一种无人机起飞系统，如图4、图6，包括无人机2、实施例一所述的
一种无人机起降平台；所述无人机起降平台1移动配合所述无人机2在指定高度及指定速度下起飞的方法包括：s1.所述无人机起降平台1搭载所述无人机2垂直上升，直至达到指定高度；s2.所述无人机起降平台1调整飞行姿态，直至达到水平飞行状态；s3.所述无人机起降平台1搭载所述无人机水平加速；s4.增加所述无人机起降平台1及所述无人机2的前飞速度，使得所述无人机2升力大于其自身重力，使得所述无人机2与所述无人机起降平台1分离，完成起飞。
38.本实施例中的无人机2采用固定翼无人机，固定翼无人机2具有高速高效巡航的特点，无人机起降平台1能够垂直起飞和降落的特点解决了固定翼无人机2依赖环境场地、需要长距离跑道的问题，两者结合，即满足高速高效，又不需要过多地考虑环境因素。
39.其中，所述无人机起降平台1移动配合所述无人机2在指定高度及指定速度下起飞的方法中，所述步骤s1前包括：s0.调整所述无人机起降平台1的涵道风扇1-1为垂直状态。即只有在涵道风扇1-1为垂直状态下，无人机起降平台1才能实现搭载无人机2垂直起飞。一般情况下，还未起飞的无人机起降平台1的涵道风扇1-1为垂直状态。步骤s1中，所述的无人机起降平台1达到起飞高度根据具体环境确定，根据不同的环境特点确定无人机起降平台1搭载无人机2时不同的起飞高度。
40.所述无人机起降平台1移动配合所述无人机2在指定高度及指定速度下起飞的方法中，所述步骤s2中，通过调整所述无人机起降平台1的涵道风扇1-1由垂直状态转变为水平状态，来实现调整所述无人机起降平台1的飞行姿态。进入水平飞行状态时即进入步骤s3进行加速，无人机起降平台1上搭载的无人机2同步加速，此时，无人机起降平台1相当于“空中移动跑道”，为无人机2的起飞提供条件。所述无人机起降平台1移动配合所述无人机2在指定高度及指定速度下起飞的方法中，所述步骤s3中，调整所述无人机起降平台1的升力等于其自身重力。才能保证无人机起降平台1水平飞行，才能实现“空中移动跑道”的功能。在水平加速一段时间后，无人机2达到起飞要求，即在步骤s4中，当无人机2升力大于重力，无人机2自动从无人机起降平台1上弹出，相对无人机起降平台1实现飞行，完成整个无人机2起飞的过程。
41.实施例三本实施例提供了一种无人机降落系统，如图5、图7，包括无人机2、实施例一中所述的一种无人机起降平台；所述无人机起降平台1移动配合所述无人机2在指定高度及指定速度下降落的方法包括：t1.所述无人机起降平台1垂直上升，直至达到指定高度；t2.调整所述无人机起降平台1的飞行姿态，直至达到水平飞行状态；t3.调整所述无人机起降平台1与所述无人机2位于同一高度；调整所述无人机起降平台1与所述无人机2的速度为所述指定速度；t4.所述无人机2与所述无人机起降平台1对接；t5.调整所述无人机起降平台1的飞行姿态，直至达到垂直降落状态；t6.所述无人机起降平台1搭载所述无人机2垂直下降，直至落地。
42.本实施例中，在实现无人机2垂直降落时，首先实现无人机起降平台1与无人机2在空中进行对接，对接时，无人机起降平台1和无人机2的相对加速度要控制在较小的范围（趋
近于0），以防无人机2在无人机起降平台1上滑动，而影响无人机起降平台1搭载无人机2的安全。对接成功后，无人机起降平台1再搭载无人机2垂直降落。本实施例中的无人机2采用固定翼无人机时，直接在对接过程中实现固定翼无人机2降落在空中可移动的无人机起降平台1，可解决固定翼无人机2在降落时需要长跑道的滑行停飞的问题。
43.具体地，本实施例中，步骤t1前包括：to.调整所述涵道风扇1-1为垂直状态。便于实现无人机起降平台1的垂直起飞。步骤t2中，通过调整所述涵道风扇1-1由垂直状态转变为水平状态，来实现调整所述无人机起降平台1的飞行姿态。在无人机起降平台1水平飞行过程中，控制无人机起降平台1与无人机2在高度方向和水平方向上逐渐靠近，在控制无人机起降平台1正处于无人机2正下方时，进入步骤t3，在保证无人机起降平台1与无人机2位于同一高度、无人机起降平台1与无人机2的速度为指定速度时，即刻进入步骤t4，完成空中对接过程。其中，本实施例中，所述无人机降落系统还包括统一调度平台，所述步骤t3中，通过所述统一调度平台调整实现所述无人机起降平台1和所述无人机2之间的位置共享和通信。
44.在完成无人机2与无人机起降平台1空中对接后，步骤t5中，无人机起降平台1搭载无人机2飞到制定降落位置的上方，在飞行过程是适时调整涵道风扇1-1逐渐变为垂直状态，继而进入步骤t6，使得无人机起降平台1搭载无人机2垂直降落到制定位置。
45.实施例四本实施例提供了一种无人机起降平台搭载无人机的搭载方式，包括上述实施例二、实施例三中的无人机2和无人机起降平台1，其中，通过将无人机2的下端置入无人机起降平台1上的无人机收放槽1-2内进行对接。如图3，具体的，无人机2下端设有对接部2-1，对接部2-1无人机收放槽1-2相匹配，其中，对接部2-1上设有固定槽2-11，无人机收放槽1-2的两侧壁安装有固定卡块1-21，固定卡块1-21与固定槽2-11相匹配。固定卡块1-21远离无人机收放槽1-2的一端设有弹性件1-22，可朝两侧伸缩。具体无人机起降平台1搭载无人机2起飞过程中，无人机2与无人机起降平台1的分离过程为：当无人机2的升力大于重力时，无人机2的对接部2-1下端对无人机收放槽1-2侧壁的固定卡块1-21施加朝上的挤压力，挤压力使得固定卡块1-21朝两侧压缩，进而使得无人机对接部2-1下端脱离固定卡块1-21的限制，继而使得无人机2与无人机起降平台1分离，实现无人机2的起飞；无人机2与无人机起降平台1的对接过程为：无人机2的对接部2-1下端对无人机收放槽1-2两侧壁上的固定卡块1-21施加向下的挤压力（原始状态下两侧固定卡块1-21之间的距离大于对接部2-1的宽度或直径），挤压力使得固定卡块1-21朝两侧压缩，对接部2-1的对接槽位于对接部2-1的中间部分，在对接部2-1的下端挤压固定卡块1-21朝无人机收放槽1-2槽底运动过程中，对接部2-1上固定槽2-11的部位逐渐靠近固定卡块1-21，在固定槽2-11处对接部2-1多固定卡块1-21的挤压力变小，进而在弹性件1-22的作用下使得无人机收放槽1-2两侧壁上的固定滑块逐渐朝无人机收放槽1-2中间恢复，卡在固定槽2-11内，实现无人机2与无人机起降平台1的对接。
46.虽然描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

技术特征：
1.一种无人机起降平台，其特征在于：所述无人机起降平台设有涵道风扇；所述无人机起降平台上端设有无人机收放槽，用于搭载无人机；所述涵道风扇使得所述无人机起降平台移动配合无人机在指定高度及指定速度下起飞或降落。2.根据权利要求1所述的一种无人机起降平台，其特征在于：所述涵道风扇设有滑流舵，用于控制所述无人机起降平台的仰俯。3.根据权利要求2所述的一种无人机起降平台，其特征在于：所述涵道风扇设有多个，分别对称设置在所述无人机对接平台两侧，且所述涵道风扇可独立控制。4.根据权利要求1所述的一种无人机起降平台，其特征在于：所述无人机起降平台包括设于两侧的侧支撑部，用于将所述无人机起降平台支撑在地面上。5.一种无人机起飞系统，其特征在于：包括无人机、权利要求1-4中任一项所述的一种无人机起降平台；所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及指定速度下起飞的方法包括：s1.所述无人机起降平台搭载所述无人机垂直上升，直至达到所述指定高度；s2.所述无人机起降平台调整飞行姿态，直至达到水平飞行状态；s3.所述无人机起降平台搭载所述无人机水平加速；s4.增加所述无人机起降平台及所述无人机的前飞速度，使得所述无人机升力大于其自身重力，使得所述无人机与所述无人机起降平台分离，完成起飞。6.根据权利要求5所述的一种无人机起飞系统，其特征在于：所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及指定速度下起飞的方法中，所述步骤s1前包括：s0.调整所述无人机起降平台的涵道风扇为垂直状态。7.根据权利要求5所述的一种无人机起飞系统，其特征在于：所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及指定速度下起飞的方法中，所述步骤s2中，通过调整所述无人机起降平台的涵道风扇由垂直状态转变为水平状态，来实现调整所述无人机起降平台的飞行姿态。8.根据权利要求5所述的一种无人机起飞系统，其特征在于：所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及指定速度下起飞的方法中，所述步骤s3中，调整所述无人机起降平台的升力等于其自身重力。9.一种无人机降落系统，其特征在于：包括无人机、权利要求1-4中任一项所述的一种无人机起降平台；所述无人机起降平台移动配合所述无人机在指定高度及指定速度下降落的方法包括：t1.所述无人机起降平台垂直上升，直至达到所述指定高度；t2.调整所述无人机起降平台的飞行姿态，直至达到水平飞行状态；t3.调整所述无人机起降平台与所述无人机位于同一高度；调整所述无人机起降平台与所述无人机的速度为所述指定速度；
t4.所述无人机与所述无人机起降平台对接；t5.调整所述无人机起降平台的飞行姿态，直至达到垂直降落状态；t6.所述无人机起降平台搭载所述无人机垂直下降，直至落地。10.根据权利要求9所述的一种无人机降落系统，其特征在于：所述无人机降落系统还包括统一调度平台，所述步骤t3中，通过所述统一调度平台调整实现所述无人机起降平台和所述无人机之间的位置共享和通信。

技术总结
本发明属于垂直起降固定翼无人机的发射和回收领域，具体为一种无人机起降平台及一种无人机起飞、降落系统，主要用于实现固定翼无人机的垂直起降。本发明中无人机起降平台设有涵道风扇；所述无人机起降平台上端设有无人机收放槽，用于搭载无人机；所述涵道风扇使得所述无人机起降平台移动配合无人机在指定高度及指定速度下起飞或降落。本发明单独设计一种辅助无人机垂直起降的无人机起降平台，该平台本质是一款带有涵道风扇的无人机，本身具备垂直起降功能，搭载固定翼无人机完成垂直起飞、降落。解决了固定翼无人机依赖环境场地、需要长距离跑道的问题、解决了当前复合式无人机系统冗余且气动效率较低的问题。统冗余且气动效率较低的问题。统冗余且气动效率较低的问题。


技术研发人员：田云 田丰 何景武 王光秋 彭健
受保护的技术使用者：浙江云途飞行器技术有限公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/8