无人机拦阻网回收动力学建模与仿真

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1、第33卷第1期航天返回与遥感2012年O2月SPACECRAFTRECOVERY&REM0TESENSING无人机拦阻网回收动力学建模与仿真李悦裴锦华(南京航空航天大学无人机研究院，江苏南京210016)摘要为了满足某无人机拦阻网回收系统的研制需求，文章建立了拦阻回收过程的动力学模型。并进行仿真计算和数值分析，结果表明无人机的质量和撞网速度、涡轮阻尼器转子半径是影响拦阻过程的关键参数，通过调节系统设计参数可实现不同质量的无人机在不同拦停距离内的安全拦阻回收。将仿真计算结果与试验结果进行对比，结果表明仿真计算结果与试验结果表现出较好的一致性，从而验证了拦阻回收动力学模型的正确性关键词回收

2、系统拦阻网涡轮阻尼器动力学模型仿真无人机中图分类号：TH137：V279文献标识码：A文章编号：1009—8518(2012)01—0001—07DOI：10．3969／j．issn．1009-8518．2012．01．001DynamicModelingandSimulationofArrestingNetRecoverySystemforUAVLIYuePEIJinhua(ResearchInstituteofPilotlessAircraft，NanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，Nangjing210016，China)Abst

3、ractInordertomeetthedevelopmentrequirementofthearrestingnetrecoverysystemforcertainunmannedaerialvehicle(UAV)，thedynamicmodelsofarrestingprocessarebuiltandsimulated．TheresultsofnumericalanalysiSindicatethatthemassandtheshovingnetspeedoftheUAV，andtherotorradiusoftheturbinedamperarethekeyparameter

4、saffectingarestingprocess．TheUAVwithdifferentmasscanberecoveredsafelyinmutativearestingdistancebyadjustingthedesignparameter．Thesimulationresultsarewellinaccordancewiththeexperimentresults，SOthatthedynamicmodelsofarrestingprocessisvalidatedbythecomparativestudybetweensimulationandexperiment．Keyw

5、ordsrecoverysystem；arrestingnet；turbinedamper；dynamicmodels；simulation；unmannedaria】vehicle1引言拦阻网回收系统是在回收区地域比较狭小、地形复杂时用于将着陆后的无人机拦停在很短的距离内；也可作为地面保护装置，安装在机场跑道的一端，防止无人机在着陆滑行减速过程中冲出跑道。无人机降落着陆后，经过短距离的滑行即冲人拦阻网内，其动能由系统的制动器吸收。收稿日期：2011—09—09基金项目：南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目资助(NS2010227)2航天返回与遥感2012年第33卷美国的44B一

6、2E飞机拦阻装置和我国的IJz一Ⅲ型飞机拦阻设备均采用涡轮阻尼器作为制动器吸收飞机着陆后的动能[．一z-。常见的拦阻制动器还有液压刹车器、摩擦盘式制动器以及液力制动器[3_q。由于涡轮阻尼器相对于其他制动器来说，具有结构简单、无需复杂控制和易于维护等优点，因此某无人机拦阻网回收系统以涡轮阻尼器作为制动器吸收无人机的动能。某无人机拦阻网回收系统的工作原理是在网体被拉直后，一端与网体相连的刹车带随飞机和网体继续向前运动，不断从涡轮阻尼器的毂轮中抽出，使阻尼器的转子叶片以一定转速转动并搅拌阻尼器内腔中静止的液体．从而产生作用于转子叶片表面的阻尼力，形成阻止转子和转轴持续转动的阻尼力矩，以阻止

7、刹车带从转盘上旋出，使飞机减速，最终将无人机拦停[91。本文针对拦阻回收过程进行建模和动力学仿真，为系统的工程设计提供理论依据。2动力学模型2．1涡轮阻尼器的阻尼9'J矩涡轮阻尼器阻尼力矩0]可表示为M=-M~+M2(1)M1=·CD·-·【(x+Ro)+(+R)dxdy](2)=一[怨+(3)1CD·Y·(+e,o)=·[g(x)+d1，(4)g(x)‘(X-C2)z(5)式(1)～式(5)中M为涡轮阻尼器的阻尼力矩；M为转子叶片之间流体产生