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《無人機氣動彈射動力學(xué)仿真與優(yōu)化》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、２０１４年１２月西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報Ｄｅｃ．２０１４第３２卷第６期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３２Ｎｏ．６無人機氣動彈射動力學(xué)仿真與優(yōu)化盧偉，馬曉平，周明，楊會濤（西北工業(yè)大學(xué)３６５所，陜西西安７１００７２）摘要：介紹了一種無人機氣動彈射系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理和發(fā)射過程。通過對其物理模型進(jìn)行簡化，采用基于封閉矢量環(huán)法與力平衡方程的聯(lián)立約束法分析推導(dǎo)了該無人機彈射系統(tǒng)的動力學(xué)求解數(shù)學(xué)模型。在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ環(huán)境中創(chuàng)建了彈射系統(tǒng)發(fā)射過程的
2、動態(tài)仿真模型，得到了無人機的加速度和速度隨時間變化的曲線等參數(shù)。并將遺傳算法與Ｓｉｍｕｌｉｎｋ有機結(jié)合，方便實現(xiàn)了氣動彈射系統(tǒng)的仿真與優(yōu)化。結(jié)果表明：該無人機彈射系統(tǒng)改善了現(xiàn)有彈射系統(tǒng)彈射加速度有明顯峰值、發(fā)射軌道利用率低、發(fā)射長度過長等不足，為無人機氣動彈射系統(tǒng)的工程研制提供了重要的理論參考，優(yōu)化后進(jìn)一步縮短了發(fā)射長度，減小了最大過載和加速度波動，為無人機氣動彈射的系統(tǒng)級建模、動態(tài)仿真與性能優(yōu)化提供了一個工作平臺。關(guān)鍵詞：無人機，氣動彈射，動力學(xué)仿真，優(yōu)化中圖分類號：Ｖ２７９，ＴＨ１３７文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ文章編號：１
3、０００－２７５８（２０１４）０６－０８６５－０７無人機氣動彈射起飛方式是２０世紀(jì)９０年代國際上發(fā)展起來的一種先進(jìn)的導(dǎo)軌動能彈射起飛方1動力學(xué)分析式，采用氣壓能源作為無人機彈射起飛的動力。與常用的火箭助推起飛方式相比，它具有諸多優(yōu)點，不1．1物理模型及其坐標(biāo)系的建立會產(chǎn)生光、聲、熱、煙霧等信號。國外最先把氣動彈無人機氣動彈射系統(tǒng)如圖１所示，選定O點作射起飛技術(shù)應(yīng)用于無人機發(fā)射系統(tǒng)，由于技術(shù)復(fù)雜，為原點建立笛卡爾坐標(biāo)系。先把滑車返回到出發(fā)位難度較大，最初只有美國、英國和瑞士等少數(shù)國家掌置，彈射前，上部滑車用安全銷限動，
4、氣壓作動筒開［１－２］握此項技術(shù)。但現(xiàn)有無人機氣動彈射系統(tǒng)也同始充氣，并對纜繩產(chǎn)生預(yù)緊力，下部滑車因預(yù)緊力自樣存在缺點，例如，彈射無人機時需要足夠大的場動處于某一平衡位置。達(dá)到預(yù)定氣壓值后，去除安地，在狹小空間很難安裝操作；發(fā)射小型無人機時加全銷，釋放滑車，存儲在氣壓作動筒中的壓縮空氣驅(qū)速度會很大，無人機的結(jié)構(gòu)和設(shè)備可能遭到破壞；還有不能以一種有效限制過載的方式吸收和傳遞壓縮［３］氣體能量，可能使發(fā)射系統(tǒng)和無人機受損。針對現(xiàn)有無人機氣動彈射系統(tǒng)存在的缺點，本文對一種具有楔形軌道的無人機氣動彈射系統(tǒng)進(jìn)行研究，建立發(fā)射
5、過程動力學(xué)模型進(jìn)行仿真計算，分析其加速度特性，改善了現(xiàn)有無人機氣動彈射系統(tǒng)存在的不足，并用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，為無人機氣動彈１．無人機２．上部滑車AD３．發(fā)射斜面４．纜繩射系統(tǒng)的工程研制和后續(xù)改進(jìn)提供理論參考。５．滑輪６．下部滑車BC７．氣壓作動筒圖１無人機氣動彈射系統(tǒng)示意圖收稿日期：２０１４－０４－２８基金項目：國土資源部公益性行業(yè)基金（２０１０１１０２０－２）資助作者簡介：盧偉（１９８９—），西北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，主要從事飛行器總體設(shè)計研究。?８６６?西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報第３２卷動活塞做功，從而帶動滑車和無人機共同
6、向前加速x¨a＝x¨b＋r¨４ｃｏｓθ４－２w４r.４ｓｉｎθ４－運動。當(dāng)上部滑車達(dá)到最大速度并開始減速時，無２a４r４ｓｉｎθ４－w４r４ｃｏｓθ４人機由于慣性，脫離滑車?yán)^續(xù)前進(jìn)，完成發(fā)射。y¨b＋r¨４ｓｉｎθ４＋２wr.４ｃｏｓθ４＋1．2彈射系統(tǒng)的運動學(xué)分析２α４r４ｃｏｓθ４－w４r４ｓｉｎθ４＝０在分析圖１的基礎(chǔ)上，建立如圖２所示的矢量r¨４ｃｏｓθ４－w４r.４ｓｉｎθ４－α４r４ｓｉｎθ６－封閉環(huán)。２w４r.４ｓｉｎθ４－w４r４ｃｏｓθ４＝－α６r６ｓｉｎθ６－（３）２w６r６ｃｏｓθ６＋r¨７ｃ
7、ｏｓθ７－２w７r.７ｓｉｎθ７－２α７r７ｓｉｎθ７－wr７７ｃｏｓθ７r¨４ｓｉｎθ４－w４r.４ｃｏθｓ４－α４r４ｃｏｓθ４＋２w４r.４ｃｏθｓ４－w４r４ｓｉｎθ４＝α６rｃ６ｏｓθ６－２w６rｓ６ｉｎθ６＋r¨７ｓｉｎθ７＋２w７r.７ｃｏｓθ７＋２α７r７ｃｏｓθ７－w７r７ｓｉｎθ７式中，x¨a為滑車AD的加速度，x¨b和y¨b分別為滑車BC的B端x軸向和y軸向的加速度分量，r.４和r.７、r¨４圖２矢量封閉圖①＆②和¨r７分別為滑車兩側(cè)纜繩r４、r７的長度變化速度、加速度，ω４和ω７、α４和α７
8、分別為纜繩r４、r７的角速度、對發(fā)射系統(tǒng)建立閉環(huán)矢量方程如下：角加速度，ω６、α６為滑車BC的角速度、角加速度。下面確定滑車BC的C端加速度約束關(guān)系式；由R１＋R２＝R３＋R４于將要進(jìn)行的動力學(xué)仿真需要，還需確定下部滑車（１）R４＋R５＝R６＋R７BC質(zhì)心處的加速度約束關(guān)系式，故建立如圖３所示將（１）式向x軸和y軸分別投影，得到方程為：的矢量封閉環(huán)：xa＝x
