无人机主起的起转载荷分析及试验方法研究

为了快速验证某小型无人机扁簧式起落架初样的强度和刚度特性,通过理论分析起转载荷并结合简化试验的方法对起落架进行了研究。首先通过试验测定了扁簧式起落架的刚度曲线,为后续分析和试验奠定基础;其次采用防滑刹车理论中的双线性模型来模拟轮胎与地面间的结合系数,计算出无人机着陆时的最大起转载荷;最后采用质量缩减法进行了落震试验。试验中利用角度可调的斜台产生水平分力来模拟起转载荷,采用高速摄像机来记录扁簧的实际压缩量,对关键结构件进行应变测量,并在试验后对扁簧等复合材料件进行A型超声波探伤。结果表明,起落架可以被进一步优化,所研究的试验方法可以为无人机起落架的设计提供指导。

某无人机前起落架摆振动力学研究

针对某小型轮式起降无人机前起落架在滑跑过程中可能存在的摆振问题,首先,考虑其支柱前倾角、结构扭转及侧摆柔性、轮胎与地面作用特性等多个耦合因素,建立了前起的摆振动力学模型。其次,采用Matlab/Simulink对动力学模型进行了仿真分析,以阻尼参数的确定为例,得到了不同阻尼形式下的扭转、侧摆自由度的时域响应曲线,对比了库伦阻尼、线性阻尼、平方阻尼分别作用及组合作用下减摆效果。最后,研制了减摆器及无人机前起样机,并进行了外场滑跑试验。研究结果表明,无人机运行平稳,未发生摆振。线性阻尼和平方阻尼具有较好的减摆效果,既能够较快地耗散摆振能量,又不会产生过大阻尼力矩。

应用模型线性化和最小二乘估计的导引头指向精度标定

为了减小和消除平台框架的加工、装配误差,传感器误差等对双摆框架导引头指向精度的影响,提出了应用模型线性化方法和分步最小二乘估计的指向误差标定方法。根据双摆框导引头的运动学特性,同时考虑影响指向精度的各误差项,建立了系统运动学方程。然后,重新构造运动学方程,建立了由表示控制输入指向的矢量到实际指向矢量的线性化模型。最后,根据分步求解的思路,采用最小二乘法获得了由表示控制输入指向的矢量到实测指向矢量的映射矩阵,实现了指向误差的标定。实验结果显示:标定后偏航角与俯仰角误差均值分别由原来的92.63″和75.94″减小至2.86″和2.85″,标准差也分别由原来的95.01″和77.44″减小至11.11″和11.15″。结果表明:该标定算法在视轴工作空间中具有较高的精度和良好的稳定性,且方便易行,可广泛应用于各类光电设备的指向误差标定。

飞行器折叠翼机构展开性能的优化及实验

为了优化飞行器折叠翼机构的展开性能,对飞行器的折叠翼机构进行分析,并提出了优化其展开性能的方法。建立了折叠翼机构展开的理论模型和动力学仿真模型,对折叠翼机构展开过程进行了动力学分析,并进行了实例计算。分析了影响折叠翼机构展开性能的因素,用正交试验的方法对折叠翼机构进行了优化设计,得到了最优折叠翼机构方案,并对最优方案进行了仿真分析。最后,按照最优方案折叠翼机构进行了改进,实验测试了折叠翼机构的展开性能。实验测得折叠翼机构展开时间为0.128s,测点位置应力分别为82 MPa和92 MPa;动力学仿真得到折叠翼机构展开时间为0.122s,相应测点位置应力分别为85MPa和96MPa,两项测试误差在5%以内。得到的结果表明折叠翼机构满足机翼展开稳定、快速,应力和冲击力小的要求,为飞行器性能的调高奠定了基础。

扁簧式起落架柔性变形的实时状态空间描述

根据无人机地面动力学分析对扁簧式起落架动力学模型的要求,提出了该起落架柔性变形的建模方法。首先,基于模态分析相关理论,通过调整刚度矩阵等效边界约束条件,获得扁簧式起落架的约束模态数据,并采用模态缩减简化模型;然后,采用模态坐标变换解耦振动微分方程,建立状态空间模型描述扁簧式起落架的动力学特性;最后,设计了静力学、动力学仿真测试以及扁簧落震实验对所建扁簧状态空间柔性模型进行验证。结果表明:静力条件下,状态空间模型与有限元软件静力分析结果仅有0.07%的误差,验证了柔性模型计算的准确性;另外,包含柔性状态空间模型的落震仿真模型的仿真步长为1ms,与落震实验结果的误差小于5%,满足飞行仿真的要求。实验显示,提出的柔性建模方法可为多体动力学刚柔混合模型中柔性模型的建立提供参考。

摇臂式起落架缓冲机构动态分析与优化设计

为提高无人机起落架的缓冲性能,对摇臂式起落架缓冲机构进行动态分析与优化设计。建立滑跑过程数学模型,分析无人刹车操纵对起落架受力影响,并讨论缓冲机构性态及方案;利用多学科优化软件iSIGHT、集成动力学软件Adams对缓冲机构优化设计,以刹车工况缓冲要求及摆振遏制为约束条件,采用全域遍数法嵌套序列二次规划法对缓冲机构尺寸及弹簧刚度进行优化;对优化的起落架进行滑跑与静刚度试验。结果表明,起落架压缩位移满足预想要求,能量吸收提高71.5%。所用优化方法可为无人机摇臂式起落架设计、开发提供指导。

基于比例积分的机载光电载荷振动控制

机载光电载荷一般是以吊舱的形式装挂于作战飞机上,它利用前视红外、电视、激光等光电传感器对地面目标进行搜索、识别、跟踪以及激光指示;因其机动灵活、实时准确、范围广、针对性强的特点,已经成为获得各类图像信息的主要平台。良好的成像质量是利用光电载荷成功执行各种任务的前提;而恶劣的振动环境往往会严重的影响光电载荷的成像质量。首先分析了机载光电载荷的振动环境的特点,然后据此提出了基于比例积分算法的振动控制方法。仿真分析表明,该方法既能达到与Skyhook方法相同的振动控制效果,又能减小结构柔度,从而使光电载荷既能衰减载体传来的振动又能抑制直接激励引起的振动。

冲击载荷下复合材料板簧式起落架动强度研究

对冲击载荷下复合材料板簧式起落架的动强度进行研究。首先用Nastran软件辅助生成板簧的模态中性文件,将其导入Adams软件中生成板簧的柔性体,并采用刚柔混合建模对起落架落地过程进行动力学仿真;然后从动力学仿真结果中提取出板簧所受的冲击载荷,并将其施加到Nastran软件中进行动强度分析;最后通过实验测量这一过程板簧发生的冲击应变。将仿真分析和实验测量的结果对比发现,两者相差在10%左右,在工程允许范围内。实验表明仿真计算方法的合理性。

无人机地面运动的动力学建模及仿真

采用弹性轮胎理论,建立了前三点式无人机地面运动的动力学模型。该模型考虑地面运动过程中无人机所要承受的来自地面、空气以及自身的作用力,描述了无人机的地面运动过程。采用某一型号无人机的参数进行仿真,在仿真结果中提取无人机地面运动过程中前轮侧向力、主轮侧向合力和左、右主轮地面支持力4个关键数据,通过对这些数据进行分析,提出无人机地面运动动力学模型的约束条件,并得到了无人机地面运动的可行域。

弹丸侵彻混凝土靶的数值模拟

在数值模拟弹丸侵彻混凝土时,由于混凝土动力学本构模型较多且复杂,使得材料模型及其相关参数的选取成为数值模拟侵彻的难点。鉴于这种情况,在分析对比了Ls-Dyna混凝土材料模型的基础上,给出了各种模型的适用领域,又重点对混凝土Johnson-Homquist模型进行了研究分析,利用灵敏度分析与试验反演修正确定模型参数,在降低试验成本的同时提高了侵彻结果的准确度,利用此方法确定模型参数,模拟了Forrestal的部分侵彻试验。结果表明,此方法简单有效,能够很好的预测侵彻结果。

无人机地面隔振系统动力学建模与优化设计

为减小路面随机激励对机载相机的成像危害,对无人机地面隔振系统进行了动力学建模与优化设计.首先根据无人机起落架缓冲要求以及空中隔振约束条件,计算了起落架以及隔振器参数的选取范围.然后建立了地面隔振系统的动力学模型,采用滤波白噪声模拟路面不平度的方法分析了路面随机激励对机载相机的影响.最后以机载相机加速度与角位移均方根最小为目标,利用多岛遗传算法与二次规划法组合优化对隔振系统参数进行了优化.结果表明:优化后相机的加速度均方根由0.63m/s2减小为0.25m/s2,减小了60.3%,角位移均方根由405″减小为147″,减小了63.7%.优化方法提高了起落架与隔振器设计的合理性,可以为无人机地面隔振性能的研究提供指导.

无人机地面操纵转弯特性分析与计算研究

为解决无人机安全起降问题,对无人机地面运动品质与操纵转弯特性进行了研究。首先建立了无人机地面滑跑动力学模型,通过数字仿真得到了无人机地面运动的惯性参数及机轮状态。接着建立了前轮操纵转弯的数学模型,计算了无人机在各滑跑速度下所允许的极限操纵角和最小转弯半径。结果表明,为防止无人机出现侧滑或者侧翻事故,前轮操纵角在存在7°机械限位的情况下,与滑跑速度仍需有定量的约束关系。