考虑环境风速与偏移距离下系留无人机柔性管缆姿态响应研究

作     者：李聪 武卓琦 杨高豪 侯乐乐 周睿 

作者机构：中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院 清华大学公共安全研究院 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2022YFC3090502) 贵州省科技支撑项目(黔科合支撑一般121) 国家自然科学基金项目(52304274) 中国民航大学民航热灾害防控与应急重点实验室开放基金资助项目(RZH2023-KF02) 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2023ZKPYAQ06) 

主　　题：安全技术与工程 系留无人机 柔性管缆 环境风速 偏移距离 姿态响应 

摘      要：以超高层建筑火灾复杂火场环境为研究背景，以系留无人机消防水带（以下称为柔性管缆）在多源扰动条件下长距离垂直输运的管缆姿态响应为研究对象，充分考虑柔性管缆在不同环境风速和管缆消防车端（A端）与管缆无人机喷射端（B端）的偏移距离下的动态姿态特征，基于OrcaFlex软件建立系留无人机柔性管缆200 m垂直输运模型，对柔性管缆姿态响应行为、管缆偏移程度及沿程张力分布情况进行重点分析。结果表明：在准稳态下，随着风速的增大，对比初始状态时的偏移程度加剧，管缆的触地长度及达到准稳态的时间减小，水平偏移量增大，管缆B端的偏移角增大；张力从消防车端沿管缆逐渐增大，在无人机喷射端达到峰值，且管缆沿程张力与风速呈现正相关；随着偏移距离的增大，对比初始状态时的偏移程度越小，水平偏移量增大，管缆B端的偏移角减小；管缆沿程张力与偏移距离呈现正相关。最后，建立了不同偏移距离下的管缆无人机喷射端的张力与风速的对应关系，得出了系留无人机消防安全作业的临界风速，为系留无人机在超高层建筑消防中的应用提供了理论基础和数据依据。