气囊式无人机缓冲系统的着陆侧翻现象

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1、第34卷第1期航天返回与遥感2013年2月SPACECRAFTRECOVERY＆REMOTESENSING21气囊式无人机缓冲系统的着陆侧翻现象吕航何欢陈国平(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京210016)摘要文章研究无人机气囊缓冲系统的着陆侧翻问题。首先，建立了无人机着陆冲击动力学模型，通过仿真分析技术对hA-机的典型着陆过程进行模拟，发现该型无人机在着陆过程中存在机身侧翻的现象，有可能对机翼产生不利影响；随后，引入翼尖触地速度作为指标对侧翻程度进行评估，研究了翼尖触地速度与侧向着陆速度之间的关系：针对该无人机着陆过程中产生的翻滚

2、问题，综合翼尖触地速度计算结果，提出了减缓翻滚现象的途径；最后．通过仿真分析对所提出的解决方案进行评价。研究结果表明，文章提出的减缓无人机着陆翻滚问题解决方案可靠合理。关键词缓冲着陆气囊仿真侧翻无人机中图分类号：V244．1+1文献标志码：A文章编号：1009-8518(2013)01—0021-08DOI：10．3969匀．issn．1009．8518．2013．01．003LandingTurn-overofUAV、树thAirbagCushionSystemLVHangHEHuanCHENGuoping(StateKeyLaboratoryofMe

3、chanicsandControlofMechanicalStructures，NamingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Naming210016，China)AbstractThispaperismainlyonthelandingturn-overproblemofonetypeofUnmannedAerialVehicle(UAV)withtheairbagcushionsystems．Firstly,adynamicmodeloflandingimpactoftheUAVisestablished，

4、andthenbyanalyticalsimulationoftheUAVtypicallandingprocesses，someturnooverphenomenanareobservedwhichmaydoharmtothevehicle．Secondly，awingtipvelocityisintroducedasthemeasurementofthephenomenan，andtherelationshipbetweenthewingtipvelocityandlateralvelocityisstudiedinthepaper．Fortheis

5、sueofturn—overintheprocessoflanding，bycombiningwiththewingtipvelocitydata，aschemeofalleviatingtheturn．overphenomenanisproposed．Finally,theevaluationfort11eschemeisgivenbysimulationanalysis．Theresultshowstherationalityoftheschemeinalleviatingthemagnitudeofturn—over．Keywordscushion

6、landing；airbag；simulation；Barn-over；UnmannedAerialVehicle(UAV)1引言缓冲气囊以其较轻的质量．良好的折叠性能、低廉的成本等独特优势【l】，为高价值返回器的软着陆或回收提供了一种有效的缓冲技术，成为航天航空空投与软着陆技术领域一个极富应用前景的热点研究方向。不同构型的缓冲气囊在不同的领域中起到了良好的缓冲保护作用[2-31。收稿13期：2012—07—16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(NS2012015)；省"优势学科资助。航天返回与遥感2013年第34卷无人机着陆缓冲气囊

7、是一种用非弹性的、柔性的、不透气的材料制成的可充气的囊体系统。当无人机着陆时．气囊在冲击载荷作用下被压缩产生变形。吸收无人机冲击能量，然后通过排气装置排出囊内气体，及时释放所吸收的能量。从而达到缓冲无人机冲击过载、保护无人机回收安全的目的[41。缓冲气囊在着陆时．与地面有相当大的反作用力，接触面积和受压缩的行程大。因而缓冲的加速度峰值小，缓冲效果明显；它一旦启动，其展开、缓冲过程自动完成，可靠性高。但是，着陆缓冲气囊主要缺点在于展开后，与无人机形成的组合体高度高、质心位置高，稳定性差；对地面风和地面坡度的影响敏感，在着陆时容易发生反弹、倾倒。乃至翻滚[5

8、1。针对某些特殊的着陆环境，采用气囊系统作为缓冲装置是非常有效的。然而，气囊缓冲