蜂群式固定翼无人机空基回收系统设计及动力学分析

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1、工学硕士学位论文蜂群式固定翼无人机空基回收系统设计及动力学分析DESIGNANDDYNAMICSANALYSISOFAIRBASERECOVERYSYSTEMFORCOLONYTYPEFIXEDWINGUAV李俊国哈尔滨工业大学2017年6月国内图书分类号：V416.6学校代码：10213国际图书分类号：623密级：公开工学硕士学位论文蜂群式固定翼无人机空基回收系统设计及动力学分析硕士研究生：李俊国导师：赵钧教授申请学位：工学硕士学科：飞行器设计所在单位：航天学院答辩日期：2017年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V416.6U.D.C:623Dissertat

2、ionfortheMaster’sDegreeinEngineeringDESIGNANDDYNAMICSANALYSISOFAIRBASERECOVERYSYSTEMFORCOLONYTYPEFIXEDWINGUAVCandidate：LiJunguoSupervisor：Prof.ZhaoJunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SpacecraftDesignAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2017Degree-Conferring-Harbin

3、InstituteofTechnologyInstitution：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本论文工作主要围绕设计一种新型的蜂群式固定翼无人机空基回收系统展开，对其进行动力学分析以验证设计的可行性。为了适应未来蜂群式无人机协同作战的作战模式，提高小型固定翼无人机空中回收的效率，实现空中快速回收无人机，以提升无人机空中作战效率和作战半径，现基于国内外的调研情况，设计一种机背天钩式回收装置对无人机进行空中回收，实现无人机的高效、无损回收。在设计方案完成后，对载机进行扰流区计算及分析，得到载机扰流范围，以保证回收碰撞过程发生在扰流区之外。然后对整体回收装置进行建模和仿真，分析无人机在回收过程

4、中，回收装置对回收碰撞的缓冲吸能效率，整体装置产生的变形、应力和应变情况，以及碰撞过程中产生的俯仰干扰力矩对载机的影响。在完成每项仿真后，对仿真情况进行理论分析，得到此设计方案的可行性。在论文的相关章节对上述内容分别进行了详细介绍。首先介绍本课题的研究目的、重要意义、国内外研究状况和发展趋势，提出本论文的回收方案，基于PROE软件对机背天钩式无人机回收装置进行结构设计及建模。回收装置的分系统主要包括：无人机上天钩装置，阻拦及缓冲装置，回收伸展臂等。然后基于CFD对载机的扰流区进行计算及分析，得到载机扰流区范围，保证回收装置在载机扰流区范围之外对无人机进行空中回收。在对回收装置的回收方式完全确立

5、的基础上，对回收过程中的缓冲吸能装置进行详细建模，并对此装置在不同撞击冲量下的缓冲吸能效率进行碰撞仿真。分析得到在一定范围内的回收速度，缓冲装置的缓冲吸能效率很高，能很快地将无人机稳定下来。最后，在详细分析回收碰撞过程中，回收装置的受力情况的基础上，利用ANSYSWORKBENCH软件，对回收装置进行动力学建模，分析得到，无人机在6m/s以下的相对速度进行回收时，整体装置能够承受回收撞击所产生的冲击力，能将撞击的能量耗散掉，回收过程不会对回收装置产生很大的影响，整个回收装置是安全可靠的。然后分析伸展臂在风阻作用下对载机所产生的俯仰干扰力矩，进而分析在碰撞过程中载机所受到的俯仰干扰力矩，以此来验

6、证回收过程对载机安全飞行无影响。关键词：无人机；空中回收；撞线回收；机背天钩；缓冲吸能-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThemainworkofthisthesisistodesignanewtypeofUAVfixedwingunmannedaerialvehicle(UAV)airbaserecoverysystem,andanalyzeitsdynamicstoverifythefeasibilityofthedesign.InordertoadapttothefuturecolonytypeUAVcooperativecombatmode,improvetheeff

7、iciencyofUAVaerialrecoveryofsmallfixedwingUAV,achieverapidairrecovery,andimprovetheefficiencyofUAVaerialcombat,basedontheresearchsituationathomeandabroad,wedesignamachinebackhooktyperecoverydevicefora