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,