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题目:无人机发射及伞降回收动力学仿真研究

关键词:无人机,气动,发射回收,动力学模型,系统仿真

  摘要



无人机在军事和民用方面都发挥着十分重要的作用,而且有着十分广阔的发展空间,已经成为世界各国争先研究的重点课题。其中,无人机发射和回收系统的设计和研究是保证无人机正常发射起飞和安全回收的关键环节。根据任务需求和外形结构特点,本文选取了火箭助推发射和伞降回收的方式,进而针对无人机火箭助推发射段进行数学模型的建立和仿真研究,针对回收过程设计了一套伞降回收系统并建立了分析模型得出仿真结果。论文主要研究内容可分为以下三个方面:

(1)针对某型无人机气动外形进行了初步气动分析,并得出静导数和动导数数值结果,为无人机发射回收部分仿真研究提供了基本数据。其中,无人机气动外形静导数由计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值计算得出,动导数则由工程估算公式计算得出。

(2)建立了无人机零长发射段非线性六自由度运动学和动力学仿真模型,并结合发射过程中的不同影响因素,如发射风场变化、发射角大小、发动机和助推器推力大小、推力偏心大小、无人机重心、双发助推器推力偏差和双发助推器点火延迟等变化,逐一进行仿真分析,最终得出不同影响因素对发射后无人机飞行参数的不同影响。仿真结果表明:发射角和机身高度方向的推力偏心等纵向影响因素只对纵向飞行参数产生影响,并且变化幅度不明显;推力偏差、横向推力偏心和双发点火延迟等横侧向影响因素不仅对横侧向飞行参数产生影响而且同时影响纵向飞行参数的变化,且对纵向和横侧向飞行参数均有明显影响。

(3)初步设计了伞降回收过程中回收伞子系统,得出了基本伞型和尺寸参数等相关参数,完成了拉直段和充气段等不同阶段回收伞子系统的数学模型建立和仿真分析,得出了最大拉直力、开伞动载、开伞轨迹等数值结果。

最终,本文所得结果为无人机的试飞发射和回收方案选定提供了理论参考和依据。