小型無人機傘降回收運動分析

2 0 1 3年 1 2月 第3 3卷第6期 宇航計 測技 術 J o u r n a l o f As t r o n a u t i c Me t r o l o g y a n d Me a s u r e me n t De c ． ， 2 01 3 Vo 1 ． 3 3， No ． 6 文章編號： 1 0 0 0 — 7 2 0 2 ( 2 0 1 3 )0 6 — 0 0 5 4 — 0 4 中圖分類號： V 2 7 9 小型無人機傘降回收運動分析 劉志強 ( 中國人民解放軍 9 2 4 1 9部 隊， 遼寧 1 2 5 1 0 6 ) 文獻標識碼 ： A 摘 要 針對小型無人機傘降回收的特點， 研究了在無人機回收過程中， 飛機及降落傘系統的運動軌跡及 姿態。通過分析機傘間的力學關系， 建立了機傘系統運動模型， 并進行了仿真分析， 給出了無風情況下回收運動的 仿真結果。結果表明， 系統能夠滿足無人機回收要求， 可以決定最佳的回收參數 ， 從而得到最優回收軌跡和姿態。 關鍵詞 無人機傘降回收運動分析模擬 Pa r a c hu t e La n d i n g Re c o v e r y M o t i o n An a l y s i s f o r A S ma l l Un ma n n e d Ae r i a l Ve h i c l e L I U Z h i — q i a n g ( 9 2 4 1 9 U n i t o f P L A， L i a o n i n g 1 2 5 1 0 6 ) Ab s t r a c t T h e g e s t u r e a n d mo v e me n t l O C U S o f t h e U AV a n d p a r a c h u t e s y s t e m i n a l l u s i o n t o t h e c h a r a c t e r i s t i c o f t h e s ma l l U AV p a r a c h u t e l a n d i n g i s a n a l y s e d d u ri n g t h e p r o c e s s o f t h e U AV r e c l a i mi n g ． A ma t h e ma t i c a l mo d e l o f t h e a i r c r a f t - p a r a c h u t e s y s t e m i s e s t a b l i s h e d a n d s i mu l a t e d a n a l y s i s i s e x e c u t e d a c c o r d i n g t o t h e a n a l y s i s o f t h e me c h a n i c s r e l a t i o n s h i p o f t h e p ara c h u t e a n d t h e UAV，t h e s i mu l a t e d r e s u l t o f t h e r e c l a i mi n g u n d e r t h e c o n d i t i o n w i t h o u t wi n d i s g i v e n ． T h e r e s u l t s h o w s t h a t ， t h e r e q u e s t o f t h e UAV r e c l a i mi n g i s me t a n d t h e b e s t r e c l a i mi n g p a r a me t e r i s d e t e r mi n e d b y t h e s y s t e m， t h e r e b y t h e b e s t r e c l a i — mi n g l o c u s a n d g e s t u r e i s g a i n e d ． Ke y wo r d s U n ma n n e d a e ri a l v e h i c l e P a r a c h u t e l a n d i n g Re c o v e r y Mo t i o n a n aly s i s S i mu l a t i o n 1 引 言 降落傘已廣泛應用于無人機的回收， 用降落傘 回收無人機具有操作簡單的優點。接到回收指令， 飛機從飛行狀態到安全著陸， 整個過程自動完成， 對 操作人員要求低。此外， 降落傘回收對場地要求低， 無需跑道， 適用于野外條件。因此， 國內外許多機型 采用傘降回收 J 。另外 ， 采用滑跑著陸的無人機也 可使用降落傘作為應急回收手段。一些一次性使用 的無人機， 無起落架系統， 在飛機研制試驗階段往往 采用降落傘回收。對于可重復使用的無人機， 在研 制階段， 遇到特殊情況( 如發動機停車、 空中姿態失 控或各種系統故障等) ， 采用降落傘應急回收， 可以 避免飛機墜毀， 從而加快了研制進度， 節省了研制經 費。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 — 1 0 — 1 6， 修 回日期 ： 2 0 1 3 — 0 1 ～ 2 1 作者簡介： 劉志強( 1 9 7 4 - ) ， 男， 工程師， 主要研究方向： 無人機總體設計與論證。 第 6期 小型無人機傘降回收運動分析 在無人機執行任務過程中， 回收過程是一個容 易出現故障的階段。有資料表明， 無人機回收過程 的故障數占無人機整個任務故障數的 8 0 ％。因此， 無人機 回收技術 已成為影響無人機技術發展 的關鍵 問題之一。降落傘 回收作為無人機回收的重要手 段， 有其獨有的優缺點， 有必要建立無人機傘降回收 模型 ， 確定最佳 回收參數 ， 保證 回收成功。 2 回收程序 無人機較典型的傘降回收程序 J ， 通常由以下 幾個 階段組成 ： ( 1 ) 進入回收航線： 調整飛行航跡以及航向， 使 飛機按期望的航線進入 回收場地 。 ( 2 ) 無動力飛行段： 減速到預定速度， 指令“ 停 車” 關閉發動機， 隨后發送“ 開傘” 指令， 飛機作無動 力飛行。 ( 3 ) 開傘減速段： 指令開傘， 降落傘艙門打開， 帶出引導傘。引導傘拉出主傘包， 并將主傘傘衣拉 直。根據所限制的開傘動載， 主傘經過一定的延時 收口后完全充氣張滿 ， 飛機作減速滑行。 ( 4 ) 飄移段： 主傘打開后， 飛機以穩定的姿態勻 速降落。 3 系統模型 3 ． 1 系統模型假設 機、 傘系統有 l 2 個 自由度， 降落傘和傘繩是柔 性體， 建立模型很困難， 有必要簡化系統模型， 采用 機． 傘系統兩質點模型是合理的近似 l4 ] ， 具體假設 如下 ： ( 1 ) 開傘前降落傘系統在飛機傘艙里， 只有一 個質點質量( 飛機質量和降落傘系統質量) ， 開傘后 有兩個質點質量， 飛機為常質量質點， 傘為變質量質 點，