空基回收拖曳系统直线-盘旋转接段运动轨迹设计

针对气流扰动下空基回收拖曳系统在直线-盘旋转接段飞行过程中的拖曳浮标稳定问题,提出一种基于微分平坦理论的拖曳系统转接段运动轨迹的设计方法,通过设计母机运动轨迹间接地控制拖曳浮标沿着预设的转接轨迹安全、平稳、精准地转接飞行。采用质点-弹簧离散缆绳模型构建母机-缆绳-浮标组合体多体动力学模型;在证明拖曳系统具备微分平坦特性的基础上,以拖曳浮标三轴位置为平坦输出,所提方法以期浮标沿着预设安全转接段轨迹飞行;结合拖曳浮标直线飞行状态与盘旋飞行状态设计拖曳浮标转接段飞行轨迹。通过平静大气、多种常值风及阵风气流扰动场景下的仿真算例结果表明,所提方法能够实现拖曳浮标在直线-盘旋转接段的稳定飞行。

空基回收无人机头部扰流场CFD仿真与分析

针对空基回收过程中无人机头部扰流近距对浮标产生显著干扰、影响对接安全和效率的问题,本文运用计算流体力学(CFD)软件对无人机头部扰流特性及影响进行仿真与分析。首先,借助SolidWorks软件对无人机和浮标进行三维建模;其次,运用CFD软件围绕无人机头部和浮标模型建立外流场计算域并对其进行网格划分及迭代计算;再次,模拟仿真多组浮标与无人机间典型相对位置情况下的机头-浮标附近速度场、压力场和拖曳浮标所受扰动力数据;最后,基于上述试验数据,对比分析了无人机头部流场内气流速度及对浮标扰动力变化规律。本文探讨内容可为进一步提高缆绳拖曳浮标稳定与空中对接控制精度提供参考依据。

伸缩套臂式无人机空基回收建模与对接控制

针对无可靠陆基/舰基回收平台情况下小型固定翼无人机(UAV)远程作战空基回收难题,提出一种伸缩套臂抓取式空基回收建模与对接控制方法。首先,受硬式空中加油技术启发,提出一种伸缩套臂式抓取无人机空基回收方法,并采用转动惯量质量投影法及拉格朗日方程法构建伸缩套臂仿射非线性模型;继而,分析了母机尾涡及常值风扰动综合作用下伸缩套臂的气动特性;其次,针对伸缩套臂三通道中扰流关联项和不可测瞬变模型扰动构成的系统集总扰动,分别设计了可在有限时间内收敛的非奇异快速终端滑模干扰观测器对其进行准确估计,并在控制器设计中予以前馈补偿;然后,为实现多重扰流下伸缩套臂快速精准空中对接,提出一种基于干扰观测的非奇异快速终端滑模对接控制方法,并分析了闭环系统稳定性。最后,通过仿真验证表明,所提出的方法能够在多重气流扰动下实现伸缩套臂的快速、精准空中对接控制,同时兼备较好的抗干扰性能。

非匹配包线下无人机空基回收拖曳系统协调运动规划

针对非匹配包线下固定翼无人机(UAV)拖曳式空基回收过程中的浮标轨迹稳定问题,提出一种盘旋拖曳系统运动规划方法,通过实时协调母机运动和缆绳收放从而实现浮标拖曳轨道精准稳定。首先,构建气流扰动下考虑缆绳弹性和收放特性的母机-缆绳-浮标组合体多体动力学模型。继而,综合考虑拖曳系统动力学约束和母机飞行能力、缆绳收放能力等物理约束,分别建立基于母机运动和基于母机运动-缆绳收放协调的盘旋拖曳系统运动规划最优控制模型。随后,采用hp自适应Radau伪谱法将所建最优控制模型转化为非线性规划问题,并通过SNOPT求解器解算。最终,通过平静大气下母机运动规划、常值风扰下母机运动规划和常值风扰下母机运动-缆绳收放协调运动规划等典型场景下的仿真实验对比分析表明,本方法可实现一定气流扰动和拖曳系统物理约束下浮标拖曳轨道精准稳定。