一种基于磁流变液的无人机拦阻装置及其控制方法

1.本发明涉及航空航天技术中的无人机起落技术领域，尤其涉及一种基于磁流变液的无人机拦阻装置及其控制方法。


背景技术：

2.拦阻机是固定翼无人机短距降落过程中普遍用到的设备；固定翼无人机短距降落过程中，需要控制拦阻力的大小，一方面保证在滑跑一定距离后可以拦停，另一方面要降低无人机的纵向过载。传统的拦阻装置是通过液压阻尼实现的，该方法一方面需要油路和大功率电机，体积难以控制，难以满足便携性；另一方面对阻尼力的控制不够精细，无法满足对无人机拦阻过程的进一步精确控制需求。


技术实现要素：

3.本发明的实施例提供一种基于磁流变液的无人机拦阻装置及其控制方法，能够缩小装置体积从而满足便携性，并且还可以在无人机拦阻过程中实时控制拦阻力。
4.为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
5.第一方面，本发明的实施例提供的基于磁流变液的无人机拦阻装置，所述无人机拦阻装置的组成部分包括：外壳(1)、阻尼装置(2)、离合器(3)、控制器(4)、回收电机(5)、旋转轴(6)、电源(7)、外壳固定螺栓(8)和拦阻索(9)；
6.外壳(1)的上表面安装有阻尼装置(2)，回收电机(5)与阻尼装置(2)之间还连接有离合器(3)，旋转轴(6)作为键连接轴依次连接外壳(1)、阻尼装置(2)、离合器(3)和回收电机(5)；
7.在阻尼装置(2)中，装置外壳(2.3)为空心圆柱形，装置外壳(2.3)顶部开放且底部封闭，上顶板(2.1)安装在装置外壳(2.3)的顶部并与装置外壳(2.3)形成密封的内部空腔；线圈(2.2)绕制在装置外壳(2.3)的侧面；
8.在所述内部空腔中安装有惯性块(2.5)，在所述内部空腔中存放有磁流变液(2.8)；
9.控制器(4)与电源(7)连接，电源(7)的一组输电接口与阻尼装置(2)的线圈(2.2)相连，另一组输电接口与回收电机(5)连接；
10.外壳(1)的侧面开设有拦阻索出口，其中，拦阻索(9)的一端盘绕在一个无人机拦阻装置的旋转轴(6)上，另一端从这一个无人机拦阻装置的拦阻索出口伸出并盘绕在另一个无人机拦阻装置的旋转轴(6)上。
11.第二方面，本发明的实施例提供的控制方法，所述控制方法用于一种无人机拦阻系统，在所述无人机拦阻系统中包括了两个无人机拦阻装置和一根拦阻索，其中，拦阻索的一端盘绕在一个无人机拦阻装置的旋转轴上，另一端从这一个无人机拦阻装置的拦阻索出口伸出并盘绕在另一个无人机拦阻装置的旋转轴上；
12.所述方法包括：
13.接通两个无人机拦阻装置各自的电源(7)并同步两个无人机拦阻装置的控制器(4)，在控制器(4)中输入无人机质量以及过载曲线；
14.每一个无人机拦阻装置的运行过程包括：
15.通过速度传感器采集拦阻索(9)的抽离速度信息并反馈给控制器(4)，其中，在无人机脱钩前，离合器(3)处于断开状态；无人机拦阻装置的拦阻索出口上，安装有可转动圆柱(1.2)，拦阻索(9)从两个可转动圆柱(1.2)之间穿过并伸出所述拦阻索出口，可转动圆柱(1.2)连接所述速度传感器；
16.控制器(4)根据所述抽离速度信息，控制电源(7)向阻尼装置(2)中线圈(2.2)的电流输出；
17.当无人机脱钩后，控制器(4)控制离合器(3)闭合，并启动回收电机(5)，以便于将拦阻索(9)复位。
18.本发明实施例提供的一种基于磁流变液的无人机拦阻装置及其控制方法，采用了旋转式的磁流变液和摩擦结合的阻尼方式，相比于传统拦阻装置，可以在指定距离内成功拦停中小型无人机并自动复位，满足了连续回收的需求。并且无人机拦阻装置的体积小、易运输，便于快速部署速度；另外，采用闭环控制磁流变液可以降低无人机的过载，可以自主适应一定范围内的无人机质量变化，在无人机拦阻过程中实时控制拦阻力，使拦阻力变化更加平缓，从而减小挂索的冲击，提高无人机的使用寿命。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1a～图1c依次为本发明实施例提供的单台拦阻主要结构装置主视图、左视图和等轴测试图；
21.图2为本发明实施例提供的图1a～图1c所示外壳的内部结构示意图；
22.图3为本发明实施例提供的图1a～图1c所示阻尼装置的外部结构示意图；
23.图4a～图4b为本发明实施例提供的图3所示阻尼装置的内部结构示意图；
24.图5为本发明实施例提供的一套无人机拦阻装置布置示意图；
25.图6为本发明实施例提供的图4a～图4b所示的阻尼装置的使用流程图；
26.图7为本发明实施例提供的控制方案流程图；
27.图8为本发明实施例提供的控制方案在实际应用中一种可能的实现方式示意图，其中，1号指的是由两个无人机拦阻装置组成的阻拦系统中的1号无人机拦阻装置，2号指的是由两个无人机拦阻装置组成的阻拦系统中的2号无人机拦阻装置；
28.图9为本发明实施例提供的无人机偏心偏航角的计算示意图；
29.图10为本发明实施例提供的具体实例中的屈服强度和磁感应强度关系曲线图。
具体实施方式
30.为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方
式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。当元件被称为“固定于”另一个元件或与另一个元件”固接”，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
31.本实施例的目的，在于将磁流变液(magnetorheological fluid，简称mrf)应用在无人机拦阻装置。磁流变液是一种新型的智能材料，在外磁场的作用下，能产生明显的磁流变效应(magnetorheological effect，简称mre)，流体的屈服应力和表观粘度有2～3个数量级的变化，表现为类似固体的性质，而当撤除外加磁场的作用时，流体又恢复原来的流动性质，即在液态和固态之间进行快速可逆的转换，且这种转换是在毫秒量级的时间内完成的。因此，该材料具有响应快(ms量级)、可逆性好(撤去磁场后，又恢复初始状态)、以及通过调节磁场大小来控制材料的力学性能连续变化的优势。通过一种基于磁流变液的无人机拦阻装置解决传统拦阻装置便携性不足且控制精度不足的问题，该方案可以在无人机钩索啮合后，自动精确调整所需拦阻力，使得无人机在相对小过载下完成短距降落，以保障无人机的安全并提高其使用寿命。
32.本发明实施例提供一种基于磁流变液的无人机拦阻装置，如图1a～图1c所示，包括：外壳(1)、阻尼装置(2)、离合器(3)、控制器(4)、回收电机(5)、旋转轴(6)、电源(7)、外壳固定螺栓(8)和拦阻索(9)。
33.外壳(1)的上表面安装有阻尼装置(2)，回收电机(5)与阻尼装置(2)之间还连接有离合器(3)，旋转轴(6)作为键连接轴依次连接外壳(1)、阻尼装置(2)、离合器(3)和回收电机(5)。
34.在阻尼装置(2)中，装置外壳(2.3)为空心圆柱形，装置外壳(2.3)顶部开放且底部封闭，上顶板(2.1)安装在装置外壳(2.3)的顶部并与装置外壳(2.3)形成密封的内部空腔。线圈(2.2)绕制在装置外壳(2.3)的侧面。
35.在所述内部空腔中安装有惯性块(2.5)，在所述内部空腔中存放有磁流变液(2.8)。其中，磁流变液(2.8)填充进所述内部空腔但并不完全填满所述内部空腔，在无人机拦阻装置平放在地面上且处于静止状态下时，磁流变液充斥的空间不包括旋转盘(2.7)与上顶板(2.1)之间的空隙。
36.具体的，如图3所示的，控制器(4)与电源(7)连接，电源(7)的一组输电接口与阻尼装置(2)的线圈(2.2)相连，另一组输电接口与回收电机(5)连接。
37.外壳(1)的侧面开设有拦阻索出口，其中，若要组成完整的拦阻系统，需要对称布置两台所述拦阻装置以及一根拦阻索(9)。例如图5所示，拦阻索(9)的一端盘绕在一个无人机拦阻装置的旋转轴(6)上，另一端从这一个无人机拦阻装置的拦阻索出口伸出并盘绕在另一个无人机拦阻装置的旋转轴(6)上。
38.本实施例中，如图2所示的，外壳(1)包括外壳固定孔(1.1)、圆柱(1.2)、旋转轴固定套(1.3)和外壳主体(1.4)。外壳(1)的上表面的四个角，各自开设有外壳固定孔(1.1)，每个外壳固定孔(1.1)都被旋入一个外壳固定螺栓(8)，以便于外壳(1)通过4个外壳固定螺栓(8)与地面固接。外壳固定孔(1.1)可和外壳固定螺栓(8)配合固定整个拦阻装置。
39.其中，外壳主体(1.4)为长方体，外壳主体(1.4)的内部底面的中心点，固定安装有旋转轴固定套(1.3)，旋转轴(6)插入旋转轴固定套(1.3)。所述拦阻索出口上安装有两个可转动圆柱(1.2)，所述拦阻索(9)的另一端从两个可转动圆柱(1.2)之间穿过并伸出所述这一个无人机拦阻装置，其中，在可转动圆柱(1.2)连接速度传感器，所述速度传感器用于采集可转动圆柱(1.2)的转速信息并反馈给控制器(4)。
40.外壳(1)的上表面固定安装有控制器(4)和电源(7)。控制器(4)用于控制电源(7)的输出电流大小、离合器(3)的闭合或断开和回收电机(5)，所述控制器(4)可与其他控制器(4)连接实现同步。离合器(3)和所述旋转轴(6)相连，所述一种拦阻装置包含一个阻尼装置(2)，通过阻尼装置(2)中的转盘与旋转轴(6)键接。由于需要至少两台无人机拦阻装置才能组成一个拦阻系统，因此，可以将一个无人机拦阻装置作为同步的基准，并将其它无人机拦阻装置的控制器与这一个无人机拦阻装置控制器同步。
41.本实施例中，如图3-4所示，阻尼装置(2)中还包括：固定轴(2.4)、摩擦片(2.6)和密封层(2.9)。
42.密封层(2.9)覆盖了装置外壳(2.3)的内壁和上顶板(2.1)的下表面，上顶板(2.1)安装在装置外壳(2.3)的顶部后，密封层(2.9)包裹形成所述密封的内部空腔。其中，上顶板(2.1)和装置外壳(2.3)组成了所述阻尼装置的外壳，为保证旋转轴(6)穿过阻尼装置(2)时的阻尼装置(2)密封和旋转自由度的保留，在上顶板(2.1)和装置外壳(2.3)留孔处加入旋转密封。
43.在所述内部空腔中安装有惯性块(2.5)和旋转盘(2.7)，旋转盘(2.7)与旋转轴(6)固接，惯性块(2.5)通过固定轴(2.4)固定在旋转盘(2.7)上。惯性块(2.5)被固定在旋转盘(2.7)内部的转轴上，只能单向转动。固定轴(2.4)上有键，惯性块(2.5)上固定孔有设计好的额外空间，从而仅允许惯性块(2.5)在一定范围旋转。该装置运行时，旋转轴(6)带动旋转盘(2.7)及其上的惯性块(2.5)运动，与磁流变液产生粘滞阻尼的同时压缩磁流变液进入空隙产生阻尼。当转速达到一定程度后，惯性块(2.5)绕固定轴运动压缩摩擦片(2.6)产生摩擦阻尼。
44.本实施例中，旋转盘(2.7)的直径略小于装置外壳(2.3)的内直径，并且旋转盘(2.7)与上顶板(2.1)之间存在空隙。磁流变液(2.8)存放在旋转盘(2.7)与装置外壳(2.3)的底部之间。惯性块(2.5)的外表面粘有摩擦片(2.6)。惯性块(2.5)和摩擦片(2.6)均由非导磁金属制成。在优选方案中，旋转盘(2.7)的直径为138mm，装置外壳(2.3)的内直径为140mm。
45.实际应用中，需要对称布置两台所述拦阻装置以及额外一根拦阻索(9)。所要布置额外的拦阻索，则可以将额外的拦阻索和两台拦阻装置的拦阻索(9)圆环连接。拦阻索(9)从所述圆柱(1.2)中拉出，所述速度传感器将拦阻索(9)运动速度反馈给所述控制器(4)；控制器(4)调节所述电源(7)电流使所述线圈(2.2)达到合适的磁场，进而使得所述磁流变液达到合适的粘度，并在所述惯性块(2.5)的压迫下进入旋转盘(2.7)和上顶板(2.1)间产生阻尼力；另一方面，当速度到达一定时，所述摩擦片(2.6)被所述惯性块(2.5)的离心力挤压在装置外壳(2.3)上，提供摩擦阻尼力；在无人机脱钩后，所述控制器(4)控制所述离合器(3)吸合，所述回收电机(5)启动，将所述拦阻装置复位。
46.在本实施例的优选方案中，惯性块(2.5)的材质为铜；
47.摩擦片(2.6)的材质为树脂基石棉-植物纤维交织物，织物表面有网状纹路；
48.磁流变液(2.8)的成分包括：基液、弥散质和添加剂；其中，所述基液采用植物油或矿物油；所述弥散质采用大小为3至5微米的羰基铁粉，所述弥散质的颗粒体积分数为35％；所述添加剂采用油酸。
49.本实施例还提供一种控制方法，所述控制方法用于一种无人机拦阻系统，在所述无人机拦阻系统中包括了两个无人机拦阻装置和一根拦阻索，其中，无人机挂索拦阻前，完成拦阻装置的布置和固定，拦阻索的一端盘绕在一个无人机拦阻装置的旋转轴上，另一端从这一个无人机拦阻装置的拦阻索出口伸出并盘绕在另一个无人机拦阻装置的旋转轴上；
50.所述方法包括：
51.接通两个无人机拦阻装置各自的电源(7)并同步两个无人机拦阻装置的控制器(4)，在控制器(4)中输入无人机质量以及过载曲线；
52.钩索啮合后，拦阻索(9)将两台拦阻装置中盘绕的拦阻索(9)经外壳(1)上的出口拉出，其中，每一个无人机拦阻装置的运行过程包括：
53.通过速度传感器采集拦阻索(9)的抽离速度信息并反馈给控制器(4)，其中，在无人机脱钩前，离合器(3)处于断开状态；无人机拦阻装置的拦阻索出口上，安装有可转动圆柱(1.2)，拦阻索(9)从两个可转动圆柱(1.2)之间穿过并伸出所述拦阻索出口，可转动圆柱(1.2)连接所述速度传感器；外壳(1)出口圆柱(1.2)上的速度传感器将拦阻索(9)运动速度反馈给控制器(4)。
54.控制器(4)根据阻尼力-转速-线圈电流的关系计算得到调整电流，之后控制电源(7)向阻尼装置(2)中的线圈(2.2)的输出所述调整电流；；
55.当无人机脱钩后，控制器(4)控制离合器(3)闭合，并启动回收电机(5)，以便于将拦阻索(9)复位。
56.其中，控制器(4)计算后控制电源(7)使得阻尼装置(2)中线圈(2.2)产生合适的磁场，阻尼装置(2)中的旋转盘(2.7)在旋转轴(6)带动下旋转，从而使得惯性块(2.5)与磁流变液间产生粘滞阻力，同时压迫磁流变液进入旋转盘(2.7)和外壳(1)间的空隙；当转速达
到一定程度后，摩擦片(2.6)在惯性块(2.5)离心力作用下被挤压至装置外壳(2.3)内侧产生摩擦阻尼；当无人机脱钩后，控制器(4)控制离合器(3)闭合，打开回收电机(5)，将拦阻装置复位，完成一整个短距降落流程；
57.具体的，所述控制器(4)根据所述抽离速度信息，控制电源(7)向阻尼装置(2)中线圈(2.2)的电流输出，包括：向所述控制器(4)输入无人机质量和加速度曲线，并根据所述抽离速度信息、所述无人机质量和加速度曲线，计算得到控制电源(7)向阻尼装置(2)中线圈(2.2)的电流输出。例如：控制器(4)可以基于pid控制算法；控制器(4)的输入为拦阻索出口速度传感器反馈的拦阻索(9)抽离速度、无人机质量和所需加速度曲线；受控参数为线圈(2.2)的电流、离合器(3)的开关、回收电机(5)的供电开关；默认状态下，离合器(3)断开；工作时，所述控制器(4)根据输入参数计算出当前拦阻力和所需拦阻力，并分配到各拦阻装置；无人机脱钩(即钩索分离)后，所述控制器(4)闭合离合器(3)，打开回收电机(5)进行拦阻索(9)自动回收，然后打开离合器(3)；
58.具体举例来说，图4a～图4b所示的一套无人机拦阻装置，可以实现为图6所示的使用流程：
59.(1)使用前，首先将拦阻装置布置完成，打开并同步控制器；确认各处控制连接完成后打开电源，注意电源电量，确认离合器处于未关闭状态；将所使用拦阻机质量、所需加速度曲线和两装置间距输入控制器；至此装置就绪。
60.(2)使用后，记录电源电量，确认离合器未关闭，关闭电源、控制器；最后收起布置的整套拦阻系统；
61.进一步的，如图7和图8所示，为控制器的控制流程。单侧提供的阻尼力包括摩擦阻尼力和惯性块在磁流变液中转动提供的阻尼力，控制器收到反馈的速度后一方面计算得到旋转轴的转速，从而确认惯性块的转速，计算此时的摩擦阻尼和磁流变液提供的阻尼力；另一方面对比两侧的速度结合两装置间距输入得到偏心度，并与前状态对比确定偏航角；最后依据所需的加速度曲线和、飞机质量、偏心度、偏航角计算得到单侧所需的阻尼力进而计算出所需旋转轴转速，并分配给单台单组装置，控制电源输出；当速度归0后且钩索分离后，控制离合器闭合，回收电机打开，将拦阻索重新盘绕在外壳内部，最后打开离合器。例如：如图9所示，为偏心度和偏航角的计算示意图。b是拦阻机间距。由于拦阻过程中绳索张力远大于自重，因此忽略绳索重力影响，此时l
t,1
,l
t,2
表示当前时间拦阻机1和2已被抽出拦阻索的长度；
62.l
t-δt,1
,l
t-δt,2
表示上个时点的无人机拦阻装置1和无人机拦阻装置2已被抽出拦阻索的长度，计算方法如下式：
[0063][0064]
其中，v1,v2表示两侧拦阻索抽出速度t表示当前时点，δt表示积分运算步长。
[0065]
此时两时刻偏心距可表示为
[0066][0067][0068]
偏航角的正切值可表示为
[0069][0070]
任意时刻n匝线圈下任意点磁感应强度可表示为
[0071][0072]
式中，μ0为磁导率；r为线圈平均半径，n为线圈匝数，i为电源(7)输出给线圈的电流；实施例中使用的磁流变液，所形成的屈服强度和磁感应强度关系如图10所示
[0073]
实施例中阻尼力f
total
包括摩擦阻尼力f
friction
，磁流变液粘滞阻尼力和磁流变液压差阻尼力计算方法如下式：
[0074][0075]ffriction
＝3μ
frictionfn
＝3m
inertia block
μ
friction
ω2r
inertia block
[0076][0077][0078]
式中，m
inertia block
为惯性块质量；μ
friction
为摩擦片-装置外壳摩擦系数；ω为转轴角速度；r
inertia block
为惯性块与转轴距离；为无外加磁场时的粘滞阻尼系数；c为常数；l为静态磁流变液深度；h为间隙宽度；τh为磁流变液屈服强度。以上公式和图10可表明阻尼力-转速-线圈电流的关系。
[0079]
图8中电流调整单元的输入量为
[0080][0081]
式中，k
p
,ki,kd分别为3种pid单元参数；ω(t)为当前转速；ω
required
(t)为所需转速，t表示时间，τ表示临时变量，ω(τ)表示对应τ的当前角速度，ω
required
(τ)表示对应τ的所需角速度。通过前述阻尼力-转速-线圈电流的关系计算得到调整电流。
[0082]
本实施例的主要优点在于：采用了旋转式的磁流变液和摩擦结合的阻尼方式，相比于传统拦阻装置，可以在指定距离内成功拦停中小型无人机并自动复位，满足了连续回
收的需求。并且无人机拦阻装置的体积小、易运输，便于快速部署速度；另外，采用闭环控制磁流变液可以降低无人机的过载，可以自主适应一定范围内的无人机质量变化，在无人机拦阻过程中实时控制拦阻力，使拦阻力变化更加平缓，从而减小挂索的冲击，提高无人机的使用寿命。
[0083]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种基于磁流变液的无人机拦阻装置，其特征在于，所述无人机拦阻装置的组成部分包括：外壳(1)、阻尼装置(2)、离合器(3)、控制器(4)、回收电机(5)、旋转轴(6)、电源(7)、外壳固定螺栓(8)和拦阻索(9)；外壳(1)的上表面安装有阻尼装置(2)，回收电机(5)与阻尼装置(2)之间还连接有离合器(3)，旋转轴(6)作为键连接轴依次连接外壳(1)、阻尼装置(2)、离合器(3)和回收电机(5)；在阻尼装置(2)中，装置外壳(2.3)为空心圆柱形，装置外壳(2.3)顶部开放且底部封闭，上顶板(2.1)安装在装置外壳(2.3)的顶部并与装置外壳(2.3)形成密封的内部空腔；线圈(2.2)绕制在装置外壳(2.3)的侧面；在所述内部空腔中安装有惯性块(2.5)，在所述内部空腔中存放有磁流变液(2.8)；控制器(4)与电源(7)连接，电源(7)的一组输电接口与阻尼装置(2)的线圈(2.2)相连，另一组输电接口与回收电机(5)连接；外壳(1)的侧面开设有拦阻索出口，其中，拦阻索(9)的一端盘绕在一个无人机拦阻装置的旋转轴(6)上，另一端从这一个无人机拦阻装置的拦阻索出口伸出并盘绕在另一个无人机拦阻装置的旋转轴(6)上。2.根据权利要求1所述的无人机拦阻装置，其特征在于，外壳(1)包括外壳固定孔(1.1)、圆柱(1.2)、旋转轴固定套(1.3)和外壳主体(1.4)；外壳主体(1.4)为长方体，外壳主体(1.4)的内部底面的中心点，固定安装有旋转轴固定套(1.3)，旋转轴(6)插入旋转轴固定套(1.3)，并通过旋转轴固定套(1.3)固定旋转轴(6)的轴向运动自由度；所述拦阻索出口上安装有两个可转动圆柱(1.2)，所述拦阻索(9)的另一端从两个可转动圆柱(1.2)之间穿过并伸出所述这一个无人机拦阻装置，其中，在可转动圆柱(1.2)连接速度传感器，所述速度传感器用于采集可转动圆柱(1.2)的转速信息并反馈给控制器(4)。3.根据权利要求1所述的无人机拦阻装置，其特征在于，阻尼装置(2)中还包括：固定轴(2.4)、摩擦片(2.6)和密封层(2.9)；密封层(2.9)处于装置外壳(2.3)和上顶板(2.1)之间，上顶板(2.1)安装在装置外壳(2.3)的顶部后，内部形成所述密封的内部空腔；在所述内部空腔中安装有惯性块(2.5)和旋转盘(2.7)，旋转盘(2.7)与旋转轴(6)固接，惯性块(2.5)通过固定轴(2.4)固定在旋转盘(2.7)上。4.根据权利要求3所述的无人机拦阻装置，其特征在于，旋转盘(2.7)的直径略小于装置外壳(2.3)的内直径，并且旋转盘(2.7)与上顶板(2.1)之间存在空隙；磁流变液(2.8)存放在旋转盘(2.7)与装置外壳(2.3)的底部之间。5.根据权利要求4所述的无人机拦阻装置，其特征在于，旋转盘(2.7)的直径为138mm，装置外壳(2.3)的内直径为140mm。6.根据权利要求3所述的无人机拦阻装置，其特征在于，惯性块(2.5)的外表面粘有摩擦片(2.6)；惯性块(2.5)和摩擦片(2.6)均由非导磁金属制成。7.根据权利要求1或6所述的无人机拦阻装置，其特征在于，惯性块(2.5)的材质为铜；摩擦片(2.6)的材质为树脂基石棉线与植物纤维线的交织物，且在交织物表面形成有
网状纹路。8.根据权利要求1或6所述的无人机拦阻装置，其特征在于，磁流变液(2.8)的成分包括：基液、弥散质和添加剂；其中，所述基液采用植物油或矿物油；所述弥散质采用大小为3至5微米的羰基铁粉，所述弥散质的颗粒体积分数为35％；所述添加剂采用油酸。9.一种控制方法，其特征在于，所述控制方法用于一种无人机拦阻系统，在所述无人机拦阻系统中包括了两个无人机拦阻装置和一根拦阻索，其中，拦阻索的一端盘绕在一个无人机拦阻装置的旋转轴上，另一端从这一个无人机拦阻装置的拦阻索出口伸出并盘绕在另一个无人机拦阻装置的旋转轴上；所述方法包括：接通两个无人机拦阻装置各自的电源(7)并同步两个无人机拦阻装置的控制器(4)，在控制器(4)中输入无人机质量以及过载曲线；每一个无人机拦阻装置的运行过程包括：通过速度传感器采集拦阻索(9)的抽离速度信息并反馈给控制器(4)，其中，在无人机脱钩前，离合器(3)处于断开状态；无人机拦阻装置的拦阻索出口上，安装有可转动圆柱(1.2)，拦阻索(9)从两个可转动圆柱(1.2)之间穿过并伸出所述拦阻索出口，可转动圆柱(1.2)连接所述速度传感器；控制器(4)根据阻尼力-转速-线圈电流的关系计算得到调整电流，之后控制电源(7)向阻尼装置(2)中的线圈(2.2)的输出所述调整电流；当无人机脱钩后，控制器(4)控制离合器(3)闭合，并启动回收电机(5)，以便于将拦阻索(9)复位。10.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述阻尼力-转速-线圈电流的关系，包括：f
friction
＝3μ
friction
f
n
＝3m
inertia block
μ
friction
ω2r
inertia blockblock
其中，f
total
表示阻尼力，f
friction
表示摩擦阻尼力，表示磁流变液粘滞阻尼力，表示磁流变液压差阻尼力；m
inertia block
为惯性块质量；μ
friction
为摩擦片-装置外壳摩擦系数；ω为转轴角速度；r
inertia block
为惯性块与转轴距离；为无外加磁场时的粘滞阻尼系数；c为常数；l为静态磁流变液深度；h为间隙宽度；τ
h
为磁流变液屈服强度。

技术总结
本发明实施例公开了一种基于磁流变液的无人机拦阻装置及其控制方法，涉及无人机起落技术领域。本发明包括：外壳、中心轴、阻尼装置、控制器、电源、离合器、回收电机和外壳固定装置；本发明通过阻尼装置中的惯性摩擦和处于闭环控制下的磁流变液的共同作用，控制被拦阻索带动的旋转轴的转动速度，可以有效控制被拦阻无人机的速度曲线，并在无人机停止时停止施加载荷，降低无人机拦阻滑跑时的过载，提高无人机使用寿命。机使用寿命。机使用寿命。


技术研发人员：魏小辉 刘旭 彭一明 李龙 郝嘉煜
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/6/26