无人机前开伞式降落过程动力学建模与仿真

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1、第32卷第3羯靛天返回与遥感2011年6月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING23lIllllllIlllIIIIIIIIIIIIII●—●—一无人机前开伞式降落过程动力学建模与仿真杜坤明滕海山(北京空间机电研究所，北京1000r76)攘要文章分析了巢型无人机降落伞媾收阶段的动力学过程。对各工作阶段的无人机和降落伞的缀合体进行了数学建模，使雕Ma髓敦箨中均Simulink纽箨搭建了无人祝伞降过程秘彷奏摸整，按照真实飞行和弼收工况透行了计算，通过彷真结果与试验数据砖觅较，验{藏了模型的正确

2、蛙。关键词元人机降落伞建模仿真回收技术中图分类号：V244．21+6；V279文献标识码：A文章编号：1009—8518(2011)03—0023—07DynamicModelingandSimulationonUAV’SRecoveryProcesswithForepartLocatedParachuteDuKunmingTengHaishan0teijingImtimteofSpaceMechanics＆Electricity．Beijing100076,China)AbstractThispaperanaly

3、zesthedynamicprocessofasivenUnmannedAerialVehicles零A弼parachuterecoverysystem．ThenUAV-parachuteassembly’Smathematicalmodelofeachperiodinthisprocessisbuilt．Basedonthis，simulationmodelofthisprocessissetupbyMatlab／Simulinksoftware．Calculationismadeaccordingtotestw

4、orkingconditionofUAVrecoveryprocess．Intheend，thesimulationmodel’Scorrectnessisverifiedthroughcomparisonofsimulationresultandtestd弧KeywordsUnmannedaerialvehiclesParachuteModelingsimuhfionRecoverytechnology1引言凭人机的伞降回收因具有适用范围广、可擞复使用以及无需宽阔平坦的专用着陆场地等优点。得到较为广泛的应用。但由

5、于伞降过程中降落伞和无人机组合体运动状态复杂，无人机伞降回收过程比较容易出现故瘫。有资瓣表瞬。无入机圆l

6、芟过程孛窭现麓故障数占无人税整个任务敷瘴数静80％tll。无入辊匮浚技术是影响无入枧技术发展的关键因素之一。元人机的降落伞回收系统一般安装在无人机尾部，回收过程中无人机姿态变化较平稳。本文所研究的无人机回收系统由于总体设计要求，为了避开发动机等因素的不利影响，安装在无人机前部。这种布局造成开伞通道上有障碍物。不利于开伞。为了避开障碍物，采用了横向弹射方式打开减速伞，在开伞及减速过程中．光人杌的姿态变化剧烈，因此

7、选择合适的燕伞开伞程序成为回收成功的关键。爨蕊，对回收系统安装在无人税前郝的{{擎况磋究较步。本文以莱型无入撬回收系统必獗垄，研究跌减速伞弹粥、收日状张满、收掰解除直到主伞拉赢、充气的过程中，无入机和降落伞的运动状态变化，采用Madab软件中的Simulink组件对其进行动力学建模岛仿真研究。收稿日期：2011埘一03基禽项目：国家重大科技专项工程航天返回与遥感2011年第32卷在Matlab中，Simulink是用来建模、仿真和分析动态多维系统的交互工具，可以使用标准模型库或者自行创建模型库来描述、模拟、评价和优

8、化系统行为回。使用Simulink可以方便、直观的建立无人机伞降过程的动力学仿真模型。2动力学数学模型无人机前开式的伞降回收过程分为6个阶段．如图1所示。本文将对这6个阶段进行建模与仿真研究。其中减速伞开伞过程，即减速伞弹射和减速伞充气两阶段，无人机姿态变化剧烈，是决定回收能否成功的关键阶段。姿态的剧烈变化也增加了确定气动参数的难度。如何对无人机降落伞组合体建立合适的数学模型和确定气动参数是本文的关键和难点。4、拉出主伞6、机伞系统稳定下降图1无人机前开式伞降回收过程2．1模型假设为建立合适的仿真模型．将无人机及降

9、落伞系统作如下的假设。无人机回收过程处于无动力飞行状态。忽略降落伞系统弹出对无人机质量与质心的影响。假设回收过程无人机质量不变：不考虑无人机的弹性和变形，假设无人机为刚体。降落伞系统包含减速伞和主伞。由于减速伞连接带较长，减速伞尺寸相对较小，可将减速伞看作质点，忽略其绕自身质心的转动；主伞开伞过程基本沿气流方向，摆动角度不大，也忽略其转动。减速伞开伞时间很短