基于凯恩方程的无人机伞降回收动力学建模与仿真

作     者：吴翰 王正平 周洲 王睿 WU Han;WANG Zhengping;ZHOU Zhou;WANG Rui

作者机构：西北工业大学无人机特种技术国防科技重点实验室 

出 版 物：《北京航空航天大学学报》 (Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics)

年 卷 期：2019年第45卷第6期

页      面：1256-1265页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：航空科学基金(2016ZA53002) 陕西省重点研发计划(2018ZDCXL-GY-03-04)~~ 

主　　题：伞降回收 飞翼无人机 凯恩方程 多体系统 动力学建模 

摘      要：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。