无人机撞网回收系统的设计.pdf

模具制造 2023年第9期无 人 机 撞 网 回 收 系 统 的 设 计*刘志学（湖南国防工业职业技术学院，湖南湘潭411207）【摘要】以轻量级固定翼无人机在野外战场的态势感知、日常工作开展和海上情报的收集与侦察等日益广泛的应用为背景，针对其起飞后回收过程中飞行状态要求高、起降场地受限、使用环境恶劣等困难特点，研究高集成度撞网一体化回收系统设计方法，并通过车载集成与测试验证提出方法的有效性。可为该类型固定翼无人机上车、上舰等方面的应用提供有力的技术支撑和借鉴。关键词：撞网回收；系统集成；阻尼结构设计中图分类号：TG659文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.019Design of UAV Collision Net Recovery SystemLiu Zhixue（HunanNationalDefenseIndustryVocationalandTechnicalCollege,Xiangtan,Hunan 411207,CHN）【Abstract】Based on the background of the increasingly wide application of small tacticalfixed-wing UAV in field situation awareness and maritime intelligence reconnaissance,in view ofthe difficult characteristics such as high requirement of flight condition,limited take-off andlanding area,and bad service environment,the design method of high integration collision-netintegrated recovery system is studied,the validity of the proposed method is verified by vehicleintegration and test.It can provide strong technical support and reference for the application of thistypeoffixed-wingUAVinvehicleandship.Key words：collision network recovery；system integration；damping structure design1引言随着现代化战争的特征和相关技术手段进步和信息化作战协同发展，无人机在整个装备体系中的地位和作用日益凸显，并正在从过去执行单一侦察任务向执行警戒、打击、乃至空战等高等级任务发展。微小型无人机因飞行速度慢、重量轻，可以采用擦地回收的方式进行，简单灵活的方式解决回收问题，中大型无人机通常有专用机场保障回收操作，而小型无人机因其自身特点，在执行野外战场、舰上应用等任务过程中，既不能采用擦地回收的简单模式，又难以提供专用的起降跑道场地保障，通常需要研制专用的回收系统，这也为中小型无人机的研制和应用带来挑战。2固定翼无人机回收现状无人机在各领域应用越来越广泛，承担的任务也越来越重，其所携带的设备精密程度也越来越高，所以，做到安全回收对于无人机的使用至关重要。无人机的回收方式在选择时受多个因素的影响，其中包括无人机自身重量、工作场合、用途、成本等限制。现阶段无人机回收方式主要有撞线回收、伞降式回收、撞网回收、跑道滑跑式回收、机腹擦地式回收、阻拦索回收、空中回收、气囊着陆回收。*2020年湖南省教育厅科学研究项目（课题编号：20C0676，课题名称：车载集成固定翼无人机起飞与回收系统一体化的研究与设计）成果之一。模具制造技术65模具制造 2023年第9期其中，无人机撞网回收技术比较成熟，简单有效，但是撞网回收系统的难点在于无人机撞网时阻尼装置的设计，在降低成本的同时，选择合适的阻尼装置对于安全回收无人机至关重要。撞网回收可以实现无人机零距离回收，这对于在山区、舰船、战场或者其他没有广阔场地的地方回收无人机具有非常重要的意义。采用弹射起飞撞网回收的方式实现安全起降是小型固定翼无人机的重要技术手段，在国内外多型无人机中广泛采用。在役的无人机系统采用弹射起飞、撞网回收方式的典型代表包括美国波音公司的RQ-21A（扫描鹰）和 AAI 公司的 Aerosond 无人机。RQ-21A起飞重量61kg，采用“天钩”系统回收方式，该机型已经使用天钩系统在海军军舰上成功实现了700多次的回收。Aerosond舰载固定翼无人飞行器，翼展3.6m，起飞重量25kg，采用高集成弹射撞网系统，可方便应用于驱护舰、导弹艇等平台，如图1所示。（a）（b）图1Aerosond的回收方式a拖车集成b舰上应用3无人机撞网回收系统结构设计项目主要围绕固定翼无人机车载集成系统、高集成度车载小空间撞网一体化设计研究，主要设计研究内容包括：通过深入小型战术固定翼无人飞行器的应用环境和工作要求，提出无人机撞网回收的方案，并通过详细梳理撞网系统的设计约束和设计目标，为开展详细设计提供基础。（1）设计方案的确定。项目针对小型固定翼无人机在野战环境、狭小空间的便捷可靠起飞后回收问题，提出了集成车载撞网回收方案，并以车载平台为例进行集成验证，项目的总体方案如图2所示。图2车载集成无人机回收系统方案（2）回收系统的结构设计。在回收撞网设计与关键参数匹配方面，拟采用双边收网支架运动同步机构实现网兜成型，确保无人机回收过程的可靠捕获，采用支架末端液压同步阻尼与倾倒阻尼组合的方式增大回收缓冲行程与冲击缓冲距离，降低回收过程对无人机造成过载，保证无人机无损回收，如图3所示。从能量守恒和均匀释放的角度，研究同步阻尼与倾倒阻尼的匹配和设计方法；考虑起竖便捷性和倾倒阻尼有效性，研究起竖与阻尼液压系统的设计方法。图3撞网系统设计方案a起竖前状态b起竖后状态c无人机撞网后同步机构成兜d同步机构阻尼和倾倒阻尼组合缓冲增程撞网系统飞机储运架轻卡平台弹射系统（a）（b）（c）（d）模具制造技术66模具制造 2023年第9期通过回收方案的具体实施，本项目完成了包括固定翼无人机起飞后回收过程能量的传递机理、多约束条件下的弹射撞网关键参数优化问题、车载狭小空间一体化弹射撞网系统集成以及高度集成车载固定翼无人机的飞行验证等关键科学问题。4撞网回收系统的技术路线撞网回收系统采用单网双杆结构设计，本流程仅以单套杆安装进行详细讲解，另一侧在安装时，注意对称镜像安装。（1）底座绞盘安装，如图4所示。图4绞盘安装绞盘（BHW-1200）与底座安装时，将底座绞盘安装板上3个安装孔与绞盘上的安装孔对齐。使用M826mm内六角螺栓安装紧固，注意两端加普通垫片，普通螺母端加M8mm弹簧垫片。（2）轴承转动件安装。如图5所示，将滚针轴承（NKI 12/16）与深沟球轴承（61901）按顺序与销B紧配合安装。再将安装好的组合件整体放入摇臂的安装孔内。放好后，将轴承盖板盖上，将安装孔与摇臂上安装孔对齐，用M310mm内六角螺栓紧固。另一侧如图放入垫圈B，使其压住轴承内圈，用M614mm内六角螺栓紧固。安装完成后，用手试拨动旋转自如即可。全套系统的同步机构共有四处轴承转动件，皆按此流程安装。图5轴承转动件安装1.M614mm2.垫圈B3.摆臂4.滚针轴承5.深沟球轴承6.销B7.轴承盖板8.M310mm（3）立杆同步机构安装。将限位块与立柱上的安装孔对齐，用M8100mm外六角螺栓紧固，另一侧对称镜像安装。将连接件上安装孔与轴连接板对齐，用 M840mm内六角螺栓紧固，注意螺栓两端加普通垫片，螺母端加8mm弹簧垫片，轴连接板的另一端也照此流程安装。先将销C插入立柱上安装孔，再将垫圈D、摇臂（下）、垫圈C依次按顺序安装。再将上端也依照此顺序安装完毕后，将摆臂连杆与相应摆臂的轴转动件部位连接，用M634mm内六角螺栓紧固，M6mm防松螺母固定。将轴连接板对齐摆臂组合件上安装孔，两端用M895mm外六角螺栓固定，注意螺栓两端加普通垫片，螺母端加8mm弹簧垫片。安装完毕后，在开口销位置插入4mm开口销，用尖嘴钳将其固定。（4）拉簧机构安装。先将套筒轴与阻尼器旋紧安装稳固，再将拉簧如图6黑色箭头所示方向将弹簧插入套筒轴上的安装孔，将套筒与阻尼挂销旋紧，再如图所示插入拉簧组合件中。将弹簧挂盘对准阻尼挂销上的安装孔，使用M418mm内六角螺栓紧固，注意安装时让拉簧下端的挂钩挂住弹簧挂盘的内台阶。（5）阻尼系统安装。先将拉簧机构组合件挂销的较长的一端如图7所示插入同步机构的上摆臂，再将阻尼安装块（上）对准另一端挂销，用M880mm内六角螺栓紧固在上摇臂上。底座绞盘安装孔12345678模具制造技术67模具制造 2023年第9期图7阻尼系统的安装将虚线框内的垫圈A及阻尼器下端如图箭头所示放入阻尼器安装块（下）的凹槽内，将销A如图依次穿过下摇臂和阻尼安装块（下）及其内部的所有零件，在销A的端头用3mm的开口销固定，用尖嘴钳紧固，最后用M880mm内六角螺栓将阻尼安装块（下）紧固在下摇臂上。（6）立杆拉绳连接件安装。将立杆接头插入立杆（即最短的立杆）中，对齐安装孔位，用4个M1080mm外六角螺栓紧固，注意两端加普通垫片，螺母端加10mm弹簧垫片。将立杆接头插入立杆（即较长的立杆）中，对齐安装孔位，再将拉绳连接件如图对齐安装孔位，最后用4个M1080mm外六角螺栓紧固。注意两端加普通垫片，螺母端加10mm弹簧垫片。将两个拉绳连接件如图所示对齐立杆3上安装孔位，用4个M1080mm外六角螺栓分别紧固，注意两端添加普通垫片，螺母端加10mm弹簧垫片。（7）摆杆安装。将绳套插入摆杆中，对齐安装孔。使用M645mm内六角螺栓紧固，用防松螺母固定（共4根摆杆）。5结语本文基于多约束条件的弹射系统参数设计方法、狭小空间一体化撞网系统集成与验证。项目紧贴军事应用，目标明确，瞄准固定翼无人机车载系统回收问题的开展研究，研究成果可直接服务于现代化战争，为国防武器装备提供强有力的武装，较大程度上提高了军队集成作战的战斗力。参考文献1杨致明，何洁莹，周同礼.无人机网回收系统研究的历史和现状D.南京航空航天大学科技报告，1999.2李悦，周同礼，董立敏.某型无人机拦阻网回收系统设计J.南昌航空工业学院学报，2004，18（1）：82853李悦，周儒荣.涡轮阻尼器的试验研究J.吉林大学学报:工学版，2003，33（1）:64684杨致明.小型无人机的截获回收技术J.无人机，2007，（4）:45465李大健，谢利理，解万成等.基于电视跟踪器的撞网回收全自动制导系统仿真研究J.光子学报，1996，25（11）：103710426张怡，张玉琢.无人机撞网回收末制导系统的研究J.西北工业大学学报，1997，15（4）：6076127齐照辉.无人机自动回收技术研究D.长沙：国防科学技术大学，2002.8陶琨，王寅.视觉导航技术在小型无人机撞线回收中的应用J.兵工自动化，2013，32（07）：8082作者简介：刘志学，男，1984年生，湖南邵阳人，湖南国防工业职业技术学院副教授，研究方向：机械设计、模具设计。（收稿日期：2023-06-06）图6拉簧机构安装拉簧组合件套筒阻尼挂销弹簧挂盘阻尼挂销阻尼安装块（下）同步机构组合件垫圈A阻尼器下端销A模具制造技术68