一种支持固定翼无人机空中起降方法及其装置

1.本发明属于无人机技术领域，尤其涉及一种支持固定翼无人机空中起降方法及其装置。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，英文全称为unmanned aerial vehicle，缩写为uav，是指利用无线电遥控设备及预设的程序控制操纵，或者由机载飞控计算机完全或间歇地自主操作的不载人飞机，根据飞行平台构型分为固定翼无人机、垂直起降无人机、无人飞艇、直升机无人机、多旋翼无人机和伞翼无人机等。
3.与载人飞机相比，无人机具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。自21世纪以来，随着无人机技术的发展以及使用成本的降低，无人机在侦察、航拍、巡检、救灾、测绘和勘探等领域均有广泛应用。
4.其中，固定翼无人机由于具有高速、长续航和高载重等优势，故而被广泛应用在工业及军领域。
5.然而，固定翼无人机起飞前必须达到最小起飞速度，为满足这一条件，固定翼无人机起降方式可分为以下几种：
6.1)传统的固定翼无人机使用起落架滑跑起降，这种起降方式对场地要求较高，实际使用中，例如山区、舰船等场合不便建设跑道，而且起落架及其收放装置会占用一部分载荷。
7.2)部分小型固定翼无人机可以采用手抛或弹射起飞，撞网或天钩回收降落；但这种起降方式容易产生冲击，不适合翼面积大、翼载荷低且结构脆弱的小型固定翼无人机使用，且天钩回收操作难度大，对接精度高，连接强度较差，不便于普及。
8.3)还有一些新型固定翼无人机可以加装旋翼，提供竖直方向拉力起降，但是旋翼组重量较大，不仅会增加固定翼无人机的起飞重量，而且在飞行过程中会成为死重，影响载荷。同时旋翼组的存在也会导致空气阻力的增加。


技术实现要素：

9.本发明在现有固定翼无人机空中起降的基础上，提供一种支持固定翼无人机空中起降方法及其装置，基于倾转六旋翼飞行器作为起降平台，托载固定翼无人机飞行、当起降平台加速至固定翼的起飞速度后，将固定翼放飞、并起降平台共速跟随固定翼保证其平稳降落，起降平台为固定翼提供起飞速度和着陆场所，使其在空中实现起飞，降落和回收，整个过程起降平台(倾转六旋翼)成为了固定翼无人机的空中跑道，方便灵活，对接精度高。
10.所述支持固定翼无人机的空中起降装置，具体包括：机身、控制组件、动力组件和起降组件。
11.所述机身主体为方形，主体的四角下面各自安装一个支撑腿，使其可以在地面上平稳垂直着陆。机身主体上方安有起降组件，包括撑杆和起降网；在主体的四角上方，各自
固定一根撑杆，撑杆分为左右两组，每组两根，在机身主体上对称可拆卸连接；撑杆的另一端拆卸连接方形起降网，起降网的网孔尺寸小于固定翼无人机夹持机构的张开宽度，使夹持机构轻易穿过网孔夹在起降网上。
12.沿着机身主体的左侧和右侧边缘，分别延伸出左前、左后、右前、右后四个的旋翼臂，同时，在左侧和右侧的垂直中心线上，对称延伸出左侧旋翼臂和右侧旋翼臂；旋翼臂的一端与机身主体固定连接，另一端固定连接动力组件。
13.所述动力组件由倾转组件和旋翼组件构成，倾转组件的主体为舵机及其舵机臂，舵机下方与旋翼臂固定连接，舵机臂与旋翼组件固定连接；舵机带动舵机臂沿垂直于旋翼臂的旋转轴转动，从而改变旋翼组件的朝向。
14.旋翼组件包含直流电机和桨叶两部分，桨叶由直流电机带动，高速旋转产生飞行所需动力；当倾转组件不进行任何动作时，所有旋翼组件产生的动力方向均朝上，当总动力大于装置自身重力时，实现装置垂直起飞；当总动力小于装置自身重力时，实现装置垂直降落。
15.当左前、左后、右前和右后四个倾转组件同步动作时，总动力产生向前或向后的分量，该分量左右对称、前后相等。此时，当四个动力组件均产生前向动力时，机身主体受到向前的拉力，实现整体空中起降装置带动固定翼无人机的前飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的向上动力损失；后飞过程同理，当四个动力组件均产生后向动力时，机身主体受到向后的拉力，实现整体空中起降装置带动固定翼无人机的后飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的向上动力损失。在前飞和后飞的过程中，左右两个动力组件均保持竖直姿态不倾转，产生向上的动力，为带动固定翼无人机起飞提供充足升力。
16.当左侧旋翼臂和右侧旋翼臂上的动力组件同步动作时，机身主体受到对称的向左或者向右的拉力分量，实现左右飞行。此时，当两动力组件同步向左倾转时，两组旋翼组件提供的拉力将产生一个向左的分量，实现起降装置带动固定翼无人机左飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的升力损失；右飞同理，当两动力组件同步向右倾转时，两组旋翼组件提供的拉力将产生一个向右的分量，实现起降装置带动固定翼无人机右飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的升力损失。在左右飞行的过程中，左前、左后、右前和右后四个动力组件均保持竖直姿态不倾转，产生向上的升力。
17.根据以上飞行原理，机身主体在空中实现前后左右平移，且不会产生俯仰、滚转和偏航力矩，起降网可以始终保持水平，保证固定翼无人机的平稳停放。
18.所述控制组件包括电池及供电模块、飞行控制模块和导航模块等，用于采集固定翼无人机和起降装置的位置和速度信息，并控制动力组件完成飞行任务。
19.进一步，优选左前，右前和左侧，右侧的四组动力组件朝上安装，提供拉力；其余两组动力组件朝下安装，提供推力；减少旋翼倾转与旋翼臂碰撞的风险，增大动力组件可倾转的角度，使前后四个旋翼产生更大的前向拉力，起降装置获得更大的前向飞行速度。
20.进一步，优选将固定翼无人机的夹持机构替换为起落架及其收放组件，或者将夹持机构更换为可遥控开合。
21.所述支持固定翼无人机的空中起降方法，具体步骤如下：
22.步骤一、在固定翼无人机起飞前，下方的夹持机构穿过起降网的网孔，停落在空中起降装置的机身主体上；
23.步骤二、动力组件保持倾转组件不进行动作，所有的旋翼组件同时启动产生升力，空中起降装置携固定翼无人机起飞；
24.步骤三、当抵达设定的放飞高度后，左前、左后、右前和右后四个倾转组件倾转，产生前向的动力分量，空中起降装置加速前飞；当空中起降装置的飞行速度达到预设的起飞速度后保持稳定不变，控制夹持机构脱开，将固定翼无人机放飞；
25.步骤四、当固定翼无人机与空中起降装置的距离大于预设值，左前、左后、右前和右后四个倾转组件反向倾转，产生向后的动力分量，空中起降装置后退；
26.步骤五、当空中起降装置后飞接近指定降落地点时，所有倾转组件复位，所有旋翼组件降低动力输出，空中起降装置垂直降落。
27.步骤六、当固定翼无人机完成任务准备着陆时，空中起降装置再次起飞，前往固定翼无人机所在地与之会合；通过左右倾转调整航线，最终使空中降装置位于固定翼无人机正前方，与固定翼无人机等速飞行；
28.起飞过程中，当机身主体由于扰动出现倾斜时，旋翼组件差速旋转，产生一个力矩与扰动对抗，从而使飞行姿态恢复水平。
29.具体为：当机身主体向右倾斜时，则控制左前，左后和左侧三个旋翼组件做减速转动，右前，右后和右侧三个旋翼组件做加速转动，维持升力总量不变；此时左侧产生的升力小于右侧，使机身主体产生逆时针滚转力矩，与倾斜抵消；
30.当机身主体左侧倾斜时，则控制右前，右后和右侧三个旋翼组件做减速转动，左前，左后和左侧三个旋翼组件做加速转动，维持升力总量不变；此时右侧产生的升力小于左侧，使机身主体产生顺时针滚转力矩，与倾斜抵消；
31.当机身主体向前倾倒时，左侧和右侧两旋翼组件不动，左前和右前两组旋翼组件加速转动，左后和右后两组旋翼组件减速转动，维持总升力不变，此时前方产生的升力大于后方，使机身主体产生抬头力矩，与倾倒抵消；
32.当机身主体向后倾倒时，左侧和右侧两旋翼组件不动，左后和右后两组旋翼组件加速转动，左前和右前两组旋翼组件减速转动，维持总升力不变，此时后方产生的升力大于前方，使机身主体产生低头力矩，与倾倒抵消；
33.步骤七、当二者之间的距离小于预设值，控制夹持机构打开，将固定翼无人机夹在起降网上，同时控制旋翼组件差速旋转，调节重心；固定翼无人机减速降落在起降网上后，空中起降装置和固定翼无人机一同减速返航或前往下一任务地点，到达可降落区域后垂直降落着陆，以供固定翼无人机回收复用。
34.本发明的优点在于：
35.(1)一种支持固定翼无人机的空中起降装置，通过旋翼组件和倾转组件的协同配合，可以带动起降网垂直起降并在空中飞行，从而使固定翼无人机可以在起降网上起飞着陆，也可以托载固定翼无人机在空中加减速飞行，将其送至指定回收地点降落回收或再度放飞，可以增加固定翼无人机的任务时长和工作范围，无需修建跑道，在一定程度上解决了固定翼无人机部署条件较为复杂的问题。
36.(2)一种支持固定翼无人机的空中起降装置，装置飞行过程中起降网始终保持水
平，且便于固定翼无人机平稳降落，不易倾斜或偏离起降网。
37.(3)一种支持固定翼无人机的空中起降装置，动力组件的特殊布置可以为整个平台提供较大的前飞速度，有利于快速达到固定翼无人机的起飞着陆速度，可适用于速度较快的固定翼无人机。
38.(4)一种支持固定翼无人机的空中起降方法，无需使用起落架，仅需固定翼无人机安装较小较轻的夹持机构，便于固定翼无人机减重和提高任务效率。
附图说明
39.图1为本发明一种支持固定翼无人机的空中起降装置的示意图；
40.图2为本发明一种支持固定翼无人机的空中起降装置的结构图；
41.图3为本发明所述固定翼无人机的示意图；
42.图4为本发明所述固定翼无人机起降方法示意图；
43.图5为本发明所述固定翼无人机起降方法的流程图；
44.图中1-机身主体；2-旋翼臂；3-支撑腿；4-连接件；5-倾转组件；6-旋翼组件；7-撑杆；8-起降网；9-夹持机构；10-固定翼无人机；
具体实施方式
45.下面结合附图，对本发明的实施方式做详细、清楚的描述。
46.本发明基于倾转六旋翼飞行原理，提供了一种支持固定翼无人机空中起降方法及其装置；如图1和图2所示，所述支持固定翼无人机的空中起降装置，具体包括：机身、控制组件、动力组件和起降组件。
47.控制组件采集速度和位置信息并控制平台装置飞行；起降组件托载固定翼无人机垂直起降和加减速飞行；动力组件通过合理配置使起降网和固定翼无人机保持平稳，配合实现固定翼无人机的空中起飞和空中回收。本发明所述起降方法和起降装置无需建设跑道即可满足固定翼无人机起飞着陆条件，且将起落架替换成夹持机构可以减轻固定翼无人机重量，提升其任务效率，使固定翼无人机在更多复杂场合可以快速部署，有利于固定翼无人机在边界、山区等不易建设跑道的实用场合投入使用。
48.所述机身主体1为方形，主体的四角下面各自安装一个支撑腿3，使其可以在地面上平稳垂直着陆。机身主体1上方安有起降组件，包括撑杆7和起降网8；在主体的四角上方，各自固定一根撑杆7，撑杆7分为左右两组，每组两根，在机身主体上对称可拆卸连接；撑杆7的另一端拆卸连接方形的柔性起降网8，起降网8的网孔尺寸小于固定翼无人机10夹持机构9的张开宽度，使夹持机构9轻易穿过网孔夹在起降网上，如图3所示。
49.沿着机身主体1的左侧和右侧边缘，分别延伸出左前、左后、右前、右后四个方向的旋翼臂2，同时，在左侧和右侧的垂直中心线上，对称延伸出左侧旋翼臂2和右侧旋翼臂2；旋翼臂2的一端与机身主体1固定连接，另一端固定连接动力组件。
50.所述动力组件由倾转组件5和旋翼组件6构成，旋翼组件6与倾转组件5固定连接，由直流电机带动，高速旋转产生推力或拉力，倾转组件5可以通过旋转改变旋翼组件6产生的力的方向。
51.倾转组件5的主体为舵机及其舵机臂，舵机下方与旋翼臂2固定连接，舵机臂与旋
翼组件6固定连接；舵机带动舵机臂沿垂直于旋翼臂的旋转轴转动，从而改变旋翼组件6的朝向。
52.旋翼组件6包含直流电机和桨叶两部分，桨叶由直流电机带动，高速旋转产生飞行所需动力；当倾转组件5不进行任何动作时，所有旋翼组件6产生的动力方向均朝上，当总动力大于装置自身重力时，实现装置垂直起飞；当总动力小于装置自身重力时，实现装置垂直降落。
53.当左前、左后、右前和右后四个倾转组件5同步动作时，总动力产生向前或向后的分量，该分量左右对称、前后相等。此时，当四个动力组件均产生前向动力时，机身主体1受到向前的拉力，实现整体空中起降装置带动固定翼无人机的前飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的向上动力损失；后飞过程同理，当四个动力组件均产生后向动力时，机身主体1受到向后的拉力，实现整体空中起降装置带动固定翼无人机的后飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的向上动力损失。在前飞和后飞的过程中，左右两个动力组件均保持竖直姿态不倾转，产生向上的动力，为带动固定翼无人机起飞提供充足升力。
54.当左侧旋翼臂和右侧旋翼臂上的动力组件同步动作时，机身主体受到对称的向左或者向右的拉力分量，实现左右飞行。此时，当两动力组件同步向左倾转时，两组旋翼组件提供的拉力将产生一个向左的分量，实现起降装置带动固定翼无人机左飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的升力损失；右飞同理，当两动力组件同步向右倾转时，两组旋翼组件提供的拉力将产生一个向右的分量，实现起降装置带动固定翼无人机右飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的升力损失。在左右飞行的过程中，左前、左后、右前和右后四个动力组件均保持竖直姿态不倾转，产生向上的升力。
55.根据以上飞行原理，机身主体在空中实现前后左右平移，且不会产生俯仰、滚转和偏航力矩，起降网可以始终保持水平，保证固定翼无人机的平稳停放。
56.所述控制组件包括电池及供电模块、飞行控制模块和导航模块等，用于采集固定翼无人机和起降装置的位置和速度信息，并控制动力组件完成飞行任务。
57.进一步，优选左前，右前和左侧，右侧的四组动力组件朝上安装，提供拉力；其余两组动力组件朝下安装，提供推力；减少旋翼倾转与旋翼臂碰撞的风险，增大动力组件可倾转的角度，使前后四个旋翼产生更大的前向拉力，起降装置获得更大的前向飞行速度。
58.进一步，优选将固定翼无人机的夹持机构替换为起落架及其收放组件，或者将夹持机构更换为可遥控开合。
59.所述支持固定翼无人机的空中起降方法，如图4和图5所示，具体步骤如下：
60.步骤一、在固定翼无人机起飞前，下方的夹持机构穿过起降网的网孔，停落在空中起降装置的机身主体上；
61.步骤二、动力组件保持倾转组件不进行动作，所有的旋翼组件同时启动产生升力，空中起降装置携固定翼无人机起飞；
62.步骤三、当抵达设定的放飞高度后，左前、左后、右前和右后四个倾转组件倾转，产生前向的动力分量，空中起降装置加速前飞；当空中起降装置的飞行速度达到预设的起飞速度后保持稳定不变，控制夹持机构脱开，将固定翼无人机放飞；同时空中起降装置下降，
63.步骤四、当固定翼无人机与空中起降装置的距离大于预设值，左前、左后、右前和右后四个倾转组件反向倾转，产生向后的动力分量，空中起降装置后退；
64.步骤五、当空中起降装置后飞接近指定降落地点时，所有倾转组件复位，所有旋翼组件降低动力输出，空中起降装置垂直降落。
65.步骤六、当固定翼无人机完成任务准备着陆时，空中起降装置再次起飞，前往固定翼无人机所在地与之会合；通过左右两侧倾转机构左右倾转调整航线，最终使空中降装置位于固定翼无人机正前方，与固定翼无人机等速飞行；
66.起飞过程中，当机身主体由于扰动出现倾斜时，旋翼组件差速旋转，产生一个力矩与扰动对抗，从而使飞行姿态恢复水平。
67.具体为：当机身主体向右倾斜时，则控制左前，左后和左侧三个旋翼组件做减速转动，右前，右后和右侧三个旋翼组件做加速转动，维持升力总量不变；此时左侧产生的升力小于右侧，使机身主体产生逆时针滚转力矩，与倾斜抵消；
68.当机身主体左侧倾斜时，则控制右前，右后和右侧三个旋翼组件做减速转动，左前，左后和左侧三个旋翼组件做加速转动，维持升力总量不变；此时右侧产生的升力小于左侧，使机身主体产生顺时针滚转力矩，与倾斜抵消；
69.当机身主体向前倾倒时，左侧和右侧两旋翼组件不动，左前和右前两组旋翼组件加速转动，左后和右后两组旋翼组件减速转动，维持总升力不变，此时前方产生的升力大于后方，使机身主体产生抬头力矩，与倾倒抵消；
70.当机身主体向后倾倒时，左侧和右侧两旋翼组件不动，左后和右后两组旋翼组件加速转动，左前和右前两组旋翼组件减速转动，维持总升力不变，此时后方产生的升力大于前方，使机身主体产生低头力矩，与倾倒抵消；
71.此方法用于处理空中颠簸或因无人机在所述起降装置上起降引发的重心不稳。
72.步骤七、当二者之间的距离小于预设值，控制夹持机构打开，将固定翼无人机夹在起降网上，同时控制旋翼组件差速旋转，调节重心；固定翼无人机减速降落在起降网上后，空中起降装置和固定翼无人机一同减速返航或前往下一任务地点，到达可降落区域后垂直降落着陆，以供固定翼无人机回收复用。
73.进一步，所述起降平台的控制组件采集固定翼无人机和起降装置本身的位置和速度信息，起降装置最大飞行速度大于或者等于固定翼无人机的起飞速度和降落速度。
74.固定翼无人机起飞时，当夹持机构脱开且与起降装置的距离大于预设值，起降装置减速下降，放飞固定翼无人机并返航；固定翼无人机着陆时，当起降装置与固定翼无人机共速且二者之间的距离小于预设值，控制夹持机构打开，固定翼无人机减速落在起降网上。
75.实施例：
76.在本实施例中，本发明所提出的空中起降方法和起降装置应用于固定翼无人机，下面将结合以上附图对本实施例进行详细说明。
77.如图1和图2所示，机身主体1通过连接件4连接四根撑杆7，起降网8固定连接在撑杆末端。六条旋翼臂2与机身主体1固定连接，每条旋翼臂的另一端固定连接倾转组件5。倾转组件5的上方固定连接旋翼组件6，二者共同组成平台的动力组件，为平台装置提供飞行动力。控制组件布置在机身主体1上方，用于给平台装置供电、采集平台和固定翼无人机的位置和速度信息并控制平台飞行。支撑腿3固定连接在机身主体底部四角，支撑整个系统平
稳立在地上。
78.如图1和图3所示，固定翼无人机10起飞前或着陆后通过夹持机构9连接在起降网8的中间。夹持机构为一个由舵机控制的小型机械爪，可拆卸固定连接在固定翼无人机10的机身下方，在固定翼无人机不使用时可将其取下。机械爪有打开和关闭两种状态，平时处于关闭状态，当固定翼无人机10脱离起降网8起飞或抓住起降网8着陆时控制舵机打开机械爪。
79.通过上述设计，该平台机构可以单独高速飞行，也可以承载固定翼无人机10垂直起降和加减速飞行。固定翼无人机10可通过控制夹持机构开闭从而飞离或落在起降网8上，整个过程无需使用跑道和起落架，使固定翼无人机10部署更为方便，重量减轻，效率提高。
80.具体地，连接件4固定在机身主体的内部1并向外延伸，使得起降网8的形状呈矩形，这种支撑方式比较稳定，且撑杆7不易与动力机构产生碰撞。在一些实施方式中。撑杆和连接件的布置可以位于机身主体的任何位置，也可以连接在足够长的旋翼臂上，或使用环绕布置等其他布置形式，撑杆长度、角度、起降网面积等可以根据固定翼无人机的实际尺寸进行修改。
81.可选地，如图3所示，在本实施例中，固定翼无人机10与起降网8采用夹持机构9连接和脱开，连接方式为机械爪夹持。在一些实施方式中，固定翼无人机与起降网的连接和脱开可以采用磁吸、钩索等其他方式，均不以此为限。
82.如图4和图5所示，在本实施例中，所述起降方法包含：
83.步骤s1：提供本发明所述平台装置，将夹持机构9安装在固定翼无人机10上；
84.步骤s2：固定翼无人机10夹持在起降网8上，组合结构垂直起飞；
85.步骤s3：组合体加速飞行，打开固定翼无人机的发动机准备起飞；
86.步骤s4：夹持机构打开，起降网8与固定翼无人机10分离，平台装置返航等待；
87.步骤s5：当固定翼无人机完成任务准备降落时，平台装置起飞前往；
88.步骤s6：固定翼无人机关闭动力减速，夹持机构打开，降落在起降网8上；
89.步骤s7：夹持机构关闭，组合体减速降落返航或前往下一起飞地点等待，飞行任务完成。
90.在本实施方案中，对于步骤s3而言，当组合体达到预设高度后方可加速飞行，达到小于固定翼无人机10起飞速度的速度时打开固定翼无人机的发动机准备起飞。
91.在本实施方案中，对于步骤s4而言，当夹持装置打开且起降网8与固定翼无人机10之间的距离达到预设值后，平台装置减速降落与固定翼无人机彻底脱离，之后返航。
92.在本实施方案中，对于步骤s5而言，平台装置前往固定翼无人机10附近后根据采集到的速度和位置信息调整自身速度和相对固定翼无人机10的位置，当二者达到共速，且二者之间的距离小于预设值后，控制固定翼无人机关闭发动机和打开夹持装置，使固定翼无人机10与起降网8接触时产生的相对位移和接触冲击较小，不易造成损伤。

技术特征：
1.一种支持固定翼无人机的空中起降装置，其特征在于，包括机身、控制组件、动力组件和起降组件；所述机身主体为方形，主体的四角下面各自安装一个支撑腿，使其可以在地面上平稳垂直着陆；机身主体上方安有起降组件，包括撑杆和起降网；起降网的网孔尺寸小于固定翼无人机夹持机构的张开宽度，使夹持机构轻易穿过网孔夹在起降网上；由机身主体的左前、左后、左侧中心、右前、右后和右侧中心各延伸出一个旋翼臂，旋翼臂的一端与机身主体固定连接，另一端固定连接动力组件；所述动力组件由固定连接的倾转组件和旋翼组件构成，旋翼组件由直流电机带动，高速旋转产生推力或拉力；倾转组件通过旋转改变旋翼组件产生的力的方向；当左前、左后、右前和右后四个倾转组件同步动作时，总动力产生向前或向后的分量，该分量左右对称、前后相等；此时，当四个动力组件均产生前/后向动力时，机身主体受到向前/后的拉力，实现整体空中起降装置带动固定翼无人机的前飞/后飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的向上动力损失；在前飞和后飞的过程中，左右两个动力组件均保持竖直姿态不倾转，产生向上的动力，为带动固定翼无人机起飞提供充足升力；当左侧旋翼臂和右侧旋翼臂上的动力组件同步动作时，机身主体受到对称的向左或者向右的拉力分量，实现左右飞行；此时，当两动力组件同步向左/右倾转时，两组旋翼组件提供的拉力将产生一个向左/右的分量，实现起降装置带动固定翼无人机左/右飞，同时提高所有动力组件的动力输出，以弥补因动力方向变化导致的升力损失；在左右飞行的过程中，左前、左后、右前和右后四个动力组件均保持竖直姿态不倾转，产生向上的升力；根据以上飞行原理，机身主体在空中实现前后左右平移，且不会产生俯仰、滚转和偏航力矩，起降网始终保持水平，保证固定翼无人机的平稳停放。2.如权利要求1所述的一种支持固定翼无人机的空中起降装置，其特征在于，所述机身主体的四角上方，各自固定一根撑杆，撑杆的另一端拆卸连接方形起降网，撑杆分为左右两组，每组两根，在机身主体上对称可拆卸连接。3.如权利要求1所述的一种支持固定翼无人机的空中起降装置，其特征在于，所述控制组件固设在机身主体上，包括电池及供电模块、飞行控制模块和导航模块，用于采集固定翼无人机和起降装置的位置和速度信息，并控制动力组件完成飞行任务。4.如权利要求1所述的一种支持固定翼无人机的空中起降装置，其特征在于，所述倾转组件的主体为舵机及其舵机臂，舵机下方与旋翼臂固定连接，舵机臂与旋翼组件固定连接；舵机带动舵机臂沿垂直于旋翼臂的旋转轴转动，从而改变旋翼组件的朝向；旋翼组件包含直流电机和桨叶两部分，桨叶由直流电机带动，高速旋转产生飞行所需动力；当倾转组件不进行任何动作时，所有旋翼组件产生的动力方向均朝上，当总动力大于装置自身重力时，实现装置垂直起飞；当总动力小于装置自身重力时，实现装置垂直降落。5.如权利要求1所述的一种支持固定翼无人机的空中起降装置，其特征在于，所述左前，右前和左侧，右侧的四组动力组件朝上安装，提供拉力；其余两组动力组件朝下安装，提供推力；减少旋翼倾转与旋翼臂碰撞的风险，增大动力组件可倾转的角度，使前后四个旋翼产生更大的前向拉力，起降装置获得更大的前向飞行速度。6.如权利要求1所述的一种支持固定翼无人机的空中起降装置，其特征在于，所述固定
翼无人机的夹持机构替换为起落架及其收放组件，或者将夹持机构更换为可遥控开合。7.基于权利要求1所述的一种支持固定翼无人机的空中起降装置的空中起降方法，其特征在于，具体步骤如下：在固定翼无人机起飞前，下方的夹持机构穿过起降网的网孔，停落在空中起降装置的机身主体上；动力组件保持倾转组件不进行动作，所有的旋翼组件同时启动产生升力，空中起降装置携固定翼无人机起飞；当抵达设定的放飞高度后，左前、左后、右前和右后四个倾转组件倾转，产生前向的动力分量，空中起降装置加速前飞；当空中起降装置的飞行速度达到预设的起飞速度后保持稳定不变，控制夹持机构脱开，将固定翼无人机放飞；当固定翼无人机与空中起降装置的距离大于预设值，左前、左后、右前和右后四个倾转组件反向倾转，产生向后的动力分量，空中起降装置后退；当空中起降装置后飞接近指定降落地点时，所有倾转组件复位，所有旋翼组件降低动力输出，空中起降装置垂直降落；当固定翼无人机完成任务准备着陆时，空中起降装置再次起飞，前往固定翼无人机所在地与之会合；通过左右倾转调整航线，最终使空中降装置位于固定翼无人机正前方，与固定翼无人机等速飞行；起飞过程中，当机身主体由于扰动出现倾斜时，旋翼组件差速旋转，产生一个力矩与扰动对抗，从而使飞行姿态恢复水平；当二者之间的距离小于预设值，控制夹持机构打开，将固定翼无人机夹在起降网上，同时控制旋翼组件差速旋转，调节重心；固定翼无人机减速降落在起降网上后，空中起降装置和固定翼无人机一同减速返航或前往下一任务地点，到达可降落区域后垂直降落着陆，以供固定翼无人机回收复用。8.如权利要求7所述的空中起降方法，其特征在于，所述起飞过程中，当机身主体由于扰动出现倾斜时，旋翼组件差速旋转，产生一个力矩与扰动对抗，具体为：当机身主体向右倾斜时，则控制左前，左后和左侧三个旋翼组件做减速转动，右前，右后和右侧三个旋翼组件做加速转动，维持升力总量不变；此时左侧产生的升力小于右侧，使机身主体产生逆时针滚转力矩，与倾斜抵消；当机身主体左侧倾斜时，则控制右前，右后和右侧三个旋翼组件做减速转动，左前，左后和左侧三个旋翼组件做加速转动，维持升力总量不变；此时右侧产生的升力小于左侧，使机身主体产生顺时针滚转力矩，与倾斜抵消；当机身主体向前倾倒时，左侧和右侧两旋翼组件不动，左前和右前两组旋翼组件加速转动，左后和右后两组旋翼组件减速转动，维持总升力不变，此时前方产生的升力大于后方，使机身主体产生抬头力矩，与倾倒抵消；当机身主体向后倾倒时，左侧和右侧两旋翼组件不动，左后和右后两组旋翼组件加速转动，左前和右前两组旋翼组件减速转动，维持总升力不变，此时后方产生的升力大于前方，使机身主体产生低头力矩，与倾倒抵消。

技术总结
本发明提出了一种支持固定翼无人机空中起降方法及其装置，属于无人机技术领域；所述空中起降装置包括机身、控制组件、动力组件和起降组件；将固定翼无人机的起落架更换为夹持机构；通过夹持机构连接到空中起降装置，使起降装置托举固定翼无人机飞行；通过控制起降装置达到固定翼飞机的起飞速度后放飞固定翼无人机；固定翼无人机降落时，控制起降装置与固定翼无人机共速，通过控制组件保证固定翼无人机降落的安全性和准确性；固定翼无人机降落到起降装置上后，夹持机构与起降网连接，固定翼无人机随起降装置降落。本发明可以极大改善固定翼无人机在起降条件简陋的条件下完成任务的能力，扩大固定翼飞机的适用范围、改善固定翼飞机作业能力及效率。翼飞机作业能力及效率。翼飞机作业能力及效率。


技术研发人员：张译匀 王松 武挺 曲澈 方歆怡 王毓栋
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.01.06
技术公布日：2023/4/17