太阳能无人机伞降着陆多体动力学仿真与试验

太阳能无人机翼载很低,在伞降过程中,降落伞的拉力对无人机的姿态影响很大,稳定下降速度与巡航速度可比拟,无人机的气动力不可忽略。而太阳能无人机又需要有较平稳的伞降姿态以减小对机翼上太阳能板的损坏,因此对伞降的姿态控制要求比其他飞机高。为了以最小的代价准确分析这个现象,首先,把无人机和降落伞视为2个刚体,推导了伞降系统的九自由度多体动力学模型,根据机-绳-伞的相对位置关系,采用四元数法推导了伞绳和降落伞的姿态角代数方程,从而减小了动力学方程组的个数和对降落伞参数的依赖。然后,采用空间几何法,根据伞绳的柔性特征,推导了伞绳挂点和结点对无人机的力矩作用关系。接下来,针对算例无人机进行了伞降系统多体动力学模型的飞行仿真,并与飞行试验数据进行了对比,发现位置、速度、姿态等数据一致性都较高、细节保留较好,验证了所提出的伞降着陆仿真分析方法的有效性。最后,采用所建立的多体动力学飞行仿真系统进行了伞绳挂点对俯仰角和飞行轨迹的敏感性分析,得到了前挂点前移对无人机的姿态扰动影响很大,而后挂点的前后移动对姿态扰动的影响相对不明显的结论。