无人机两级伞降回收仿真及吊点敏感性分析

针对大多数无人机回收采用主伞开伞而忽略减速伞开伞的影响,基于多体动力学建立了无人机两级伞降回收动力学模型,并对无人机两级伞降系统的动力学特性进行了分析。以某无人机为研究对象,得到了其在两级伞作用下的轨迹、姿态等运动特性,并通过移动减速伞吊点和主伞吊点,分析了无人机伞降过程中的俯仰角和飞行轨迹对吊点的敏感性。研究结果表明该伞降系统能够较好地完成无人机的回收任务,所得结论可为减速伞和主伞吊点的设计提供参考。

无人机伞降定点回收技术研究

针对无人机伞降定点回收传统方法中存在精度低、鲁棒性差的缺点,总结并研究了需要解决的三个关键问题:机伞系统建模,风场估计和定点回收策略,重点研究了其中的建模问题和控制策略,提出了系统解决方案。在机伞系统建模中,引入了弹性伞绳模型,从而可以正确反映伞降过程中机体姿态和伞绳拉力;在风场估计中,使用卡尔曼滤波进行风速和风向的估计;在回收策略中,着重考虑了对于风场扰动的鲁棒性和回收策略的工程可实现性。在考虑风场不确定性和随机导航误差的情况下,将提出的方案应用于某小型无人机,进行蒙特卡洛仿真试验,得到伞降圆概率误差为8.23m,证明该方案相对于传统方法鲁棒性和回收精度都有大幅提高。

无人机伞降回收十二自由度模型建立与仿真

在无人机的伞降回收过程中,无人机与降落伞一直处于一种动平衡的状态,因此两者间约束关系的处理将是伞降回收动力学建模的难点。为了解决该问题,将无人机伞降回收系统划分为降落伞、吊带和无人机三部分,通过吊带连接点的速度关系得到吊带伸长量,通过弹性系数与吊带伸长量的乘积得到吊带拉力,并将其分别施加于降落伞和无人机系统,最终基于牛顿-欧拉方程建立了无人机伞降回收系统十二自由度模型,其中采用ONERA方程建立无人机由前飞过渡到稳定下降阶段的非定常气动力模型。通过数值仿真与实验数据对比可以发现:十二自由度模型和实验数据的结果一致,验证了该模型的准确性。十二自由度模型相比于六自由度模型精度更高。文中所建模型可为无人机伞降回收系统中降落伞的选取、无人机着陆点的确定提供参考。

基于凯恩方程的无人机伞降回收动力学建模与仿真

在无人机的伞降回收过程中,无人机与降落伞一直都处于实时的动平衡状态,两者在伞降回收过程中的耦合关系及其复杂,因此很难建立精准的无人机伞降回收动力学模型。针对该问题,将伞降回收系统划分为降落伞和无人机分别进行处理。针对时变对象降落伞,通过阻力面积随充气时间的变化关系建立其动力学模型。针对无人机,首先,基于多体动力学思路,将其划分为左右机翼和机身的多体系统,通过平板绕流系数优化其伞降过程中的大迎角动力学模型;然后,通过偏速度矩阵将各体的动力学模型引入伞降回收系统质心;最终,基于凯恩方程推导并建立了伞降回收系统六自由度模型,并引入海拔高度和风力对无人机伞降回收的影响。通过数值仿真与实验数据的对比,可以发现两者具有较好的一致性,该动力学模型能够为无人机的伞降回收提供指导。