本发明专利技术公开了一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置和方法，该测量控装置通过框架内的两个半圆环及其对应的旋转编码器，能够无视觉测量系统情况下。通过机械结构之间的运动来确定软管在空中加油过程中的角度，进而确定加油锥套所在空间的位置。相比于现有的视觉测量系统确定锥套位置，具有成本低、软件开销小、测量准确和可靠性高等特性。通过张力传感器，能够实时测得在空中加油过程中软管张力的实时值，更加准确地确定在加油过程中的软管的张力变化，再结合软管卷轴模块对软管进行放出与收回来控制张力不会发生突然变化，以此来抑制软管“甩鞭”现象的发生，确保安全性。确保安全性。确保安全性。
【技术实现步骤摘要】
一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置和方法
[0001]本专利技术属于无人机加油
，具体涉及一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置和方法。
技术介绍
[0002]随着科技的高速发展，人们将视线越来越集中在无人机的应用中。无人机因其体积小、机动性能高、操作简单、应用范围广、成本低等特点，无论是民用还是军用都有很大的需求缺口。在传统的无人机航行过程中，其燃油消耗完毕之前，无人机就必须降落来补充燃油，这对于长距离航行任务以及特殊任务执行都是一个很大的障碍。随着航空技术的不断发展，空中加油技术应运而生。空中加油技术能极大地增加飞行器的航行里程与航行时间。目前空中加油技术分为软管锥套式和伸缩套管式两种。其中软管锥套式加油方式因其安全性能高、无需单独操作人员等特点而备受关注。与此同时，其缺点也尤为明显，对空气乱流极其敏感、对加油机操作人员技术要求高。而在无人机自主空中加油情形下，这些缺点就更加难以克服，所以在无人机自主空中加油就对加油设备提出了以下的任务需求：
[0003](1)锥套的位置可测量
[0004]传统的软管锥套式加油对空气乱流敏感，当受油机探针与加油机锥套对接时，锥套会发生无规律的乱摆，这就极大地提高了对接时难度。尤其在无人机自主空中加油过程中，受油机为无人机，没有操作人员，这些困难就尤为突出，产生这些困难的原因是锥套的位置不是实时可测的。
[0005](2)输油软管张力可测量、可控制
[0006]无人机自主空中加油中输油软管由软管卷轴装置来控制软管的放出与收回，在加油过程开始时，锥套被弹出加油吊舱，在空气气流以及加油锥套后端伞面的作用下，软管从软管卷轴装置中被拖出。在软管收回过程中，软管卷轴装置的卷轴在电机的控制下向反方向旋转来收回输油软管。研究表明：在受油机探针与加油机锥套接触那一时刻，软管会因为探针的突然接触，整个软管的张力会突然变化，此时就会发生软管的“甩鞭”现象，轻则导致加油失败，重则危机加油机操作人员生命安全；以较小的加速度对软管进行放出与收回时，基本不影响软管
‑
锥套的稳定形态。通过这些分析可知，这就需要我们对软管张力是可以测量的、可以控制的。才能确保任务的安全执行。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置和方法；以解决现有技术中，无人机加油过程中锥套位置不能实时测量，软管张力难以测量和控制的问题。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0009]一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置，其特征在于，包括依次排列设置的框架、张力传感器和卷轴；
[0010]所述框架两个相邻侧边外部分别设置有第一旋转编码器和第二旋转编码器，所述框架的内部设置第一半圆环和第二半圆环，所述第一半圆环的一端和第一旋转编码器的测量轴旋转连接，所述第二半圆环的一端和第二旋转编码器的测量轴旋转连接；第一半圆环两端的连线和第二半圆环两端的连线相互垂直；
[0011]所述卷轴连接有电机；
[0012]测量并控制时，软管穿过第一半圆环和第二半圆环后，软管和张力传感器接触，软管缠绕在卷轴上。
[0013]本专利技术的进一步改进在于：
[0014]优选的，所述第一半圆环和第二半圆环上沿各自的周向均开设有弧形槽。
[0015]优选的，所述第一半圆环的另一端旋转连接有第一转轴，第一转轴通过第一轴承和框架连接；所述第二半圆环的另一端旋转连接有第二转轴，第二转轴通过第二轴承和框架连接。
[0016]优选的，所述第一半圆环和第二半圆环向一个方向凸出。
[0017]优选的，所述框架中设置有支撑板，所述支撑板设置在两个半圆环的凹陷一侧；所述支撑板上设置有软管出口，所述软管出口的轴线和框架的轴线重合。
[0018]优选的，所述张力传感器固定设置在安装块上。
[0019]优选的，所述电机的动力输出轴和卷轴的一端连接；所述电机的动力输出轴和卷轴同轴线。
[0020]优选的，所述电机的动力输出轴安装在拱形安装板中。
[0021]优选的，所述框架、张力传感器和卷轴均固定设置在安装板上。
[0022]一种基于上述装置的无人机自主空中加油的输油软管测量控制方法，软管摆动时，第一半圆环和第二半圆环跟随转动，通过第一旋转编码器测量第一半圆环相对于第一基准平面的转动角度，通过第二旋转编码器测量第二半圆环相对于第二基准平面的转动角度，将这两个角度传递至计算机；
[0023]通过张力传感器的槽轮测量出软管的张力并传递至计算机，计算机发送指令至电机，电机带动转轴转动，通过卷轴的转动控制软管的收放，进而控制软管的张力。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术公开了一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置和方法，该测量控装置通过框架内的两个半圆环及其对应的旋转编码器，能够无视觉测量系统情况下。通过机械结构之间的运动来确定软管在空中加油过程中的角度，进而确定加油锥套所在空间的位置。相比于现有的视觉测量系统确定锥套位置，具有成本低、软件开销小、测量准确和可靠性高等特性。通过张力传感器，能够实时测得在空中加油过程中软管张力的实时值，更加准确地确定在加油过程中的软管的张力变化，再结合软管卷轴模块对软管进行放出与收回来控制张力不会发生突然变化，以此来抑制软管“甩鞭”现象的发生，确保安全性。该装置在人机自主空中加油情形下，可对输油软管张力测量，输油软管摆动角度测量及可以对输油软管进行放出、收回。能够满足无人机自主空中加油过程中对锥套位置的测量以及对软管“甩鞭”现象的抑制等需要，整体结构简单、紧凑，无需很大的空间安装，而且维护成本低。这些特性在实际应用中是很有必要的。
[0026]进一步的，两个半圆环上均开设有弧形槽，通过弧形槽的设置，使得软管在移动过
程中能够减少半圆环给予的摩擦。
[0027]进一步的，每一个半圆环的另一端通过转轴和轴承与框架连接，使得半圆环能够相对于框架转动。
[0028]进一步的，两个半圆环朝一个方向凸出，使得框架的另一部分能够放置支撑板。
[0029]进一步的，张力传感器设置在安装块上，使得张力传感器的高度高于后面的卷轴高度。
[0030]进一步的，给卷轴输出动力的电机动力输出轴通过拱形安装板固定。
[0031]进一步的，三个主体结构均安装在安装板上，整个测量控制装置易于转移，安装板能够稳定三个主体结构。
附图说明
[0032]图1为软管摆动角度模块示意图。
[0033]图2为软管张力测量模块示意图。
[0034]图3为软管卷轴模块示意图。
[0035]图4为一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置和方法整体结构示意图。
[0036]其中：1
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框架
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、2
‑
第一旋转编码器、3
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置，其特征在于，包括依次排列设置的框架(1)、张力传感器(11)和卷轴(16)；所述框架(1)两个相邻侧边外部分别设置有第一旋转编码器(2)和第二旋转编码器(3)，所述框架(1)的内部设置第一半圆环(4)和第二半圆环(5)，所述第一半圆环(4)的一端和第一旋转编码器(2)的测量轴旋转连接，所述第二半圆环(5)的一端和第二旋转编码器(3)的测量轴旋转连接；第一半圆环(4)两端的连线和第二半圆环(5)两端的连线相互垂直；所述卷轴(16)连接有电机(14)；测量并控制时，软管穿过第一半圆环(4)和第二半圆环(5)后，软管和张力传感器(11)接触，软管缠绕在卷轴(16)上。2.根据权利要求1所述的一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置，其特征在于，所述第一半圆环(4)和第二半圆环(5)上沿各自的周向均开设有弧形槽(20)。3.根据权利要求1所述的一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置，其特征在于，所述第一半圆环(4)的另一端旋转连接有第一转轴(6)，第一转轴(6)通过第一轴承(8)和框架(1)连接；所述第二半圆环(5)的另一端旋转连接有第二转轴(7)，第二转轴(7)通过第二轴承(9)和框架(1)连接。4.根据权利要求1所述的一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置，其特征在于，所述第一半圆环(4)和第二半圆环(5)向一个方向凸出。5.根据权利要求4所述的一种无人机自主空中加油的输油软管测量控制装置，其特征在于，所述框架(1)...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟中杰，刘博，白金鑫，卢俊杰，赵蔚楠，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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