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旋转牵引式降落伞弹射系统动力学仿真与分析

阳碧慰 王敏

阳碧慰,王敏. 旋转牵引式降落伞弹射系统动力学仿真与分析[J]. 机械科学与技术,2023,42(5):694-701 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220021
引用本文: 阳碧慰,王敏. 旋转牵引式降落伞弹射系统动力学仿真与分析[J]. 机械科学与技术,2023,42(5):694-701 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220021
YANG Biwei, WANG Min. Dynamics Simulation and Analysis of Rotating Traction Parachute Ejection System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(5): 694-701. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220021
Citation: YANG Biwei, WANG Min. Dynamics Simulation and Analysis of Rotating Traction Parachute Ejection System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(5): 694-701. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220021

旋转牵引式降落伞弹射系统动力学仿真与分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220021
基金项目: 西南科技大学大学生创新基金项目精准专项(JZ19-115)
详细信息
    作者简介:

    阳碧慰(1997−),本科,研究方向为机械设计制造及其自动化,ybw13419177308@163.com

    通讯作者:

    王敏,实验师,硕士,xgxyqwm@163.com

  • 中图分类号: TH133.2;V219

Dynamics Simulation and Analysis of Rotating Traction Parachute Ejection System

  • 摘要: 为了缩短降落伞开伞时间,对无人机降落伞弹射系统进行了研究。通过高速旋转方式,采用牵引球将降落伞伞口牵引开,增大伞口初始面积,加速气流进入伞内。使用Solidworks进行三维建模后,导入Adams进行运动学仿真,对仿真结果进行分析。结果发现,牵引球在弹射出仓后做斜抛运动,在4个方位散开,其运动方式和运动轨迹符合设想。结果表明:增大电机转速可以增大牵引球在水平方向的速度和位移,增大弹簧刚性系数可以增大牵引球在竖直方向上的速度和位移;理想状态下,最佳电机转速为2000 °/s,弹簧刚度系数为80 N/m;与以往系统相比,该无人机回收伞降系统开伞时间仅为1.4033 s,开伞用时至少缩短了0.5 s。
  • 图  1  降落伞弹射系统

    图  2  降落伞弹射系统的自动触发流程

    图  3  T-11高级战术伞降系统

    图  4  动力学仿真模型

    图  5  牵引球运动轨迹前视图

    图  6  牵引球运动轨迹俯视图

    图  7  牵引球与伞口的位置关系

    图  8  牵引球的运动轨迹

    图  9  牵引球在z轴方向的速度

    图  10  牵引球在x轴方向的速度

    图  11  牵引球在y轴方向的速度

    图  12  牵引球在z轴方向的位移

    图  13  牵引球在x轴方向的位移

    图  14  牵引球在y轴方向的位移

    图  15  牵引球的动能

    图  16  牵引球的重力势能

    图  17  不同电机转速下牵引球的运动轨迹

    图  18  不同弹簧刚度系数下牵引球的运动轨迹

    表  1  零件之间的运动副设置

    构件名称 约束作用类型
    底座与大地 固定副
    底座与推塞 圆柱副
    底座与仓壳 旋转副
    仓壳与降落伞 圆柱副
    推塞与底座 弹簧力
    推塞 压力
    牵引球1与推塞与降落伞 接触力
    牵引球2与推塞与降落伞 接触力
    牵引球3与推塞与降落伞 接触力
    牵引球4与推塞与降落伞 接触力
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    表  2  其余参数设置

    参数数值
    降落伞质量 0.020 kg
    小球材质
    小球直径 8 mm
    仓壳外径 51 mm
    仓壳壁厚 2 mm
    弹簧刚度 80 N/m
    弹簧力函数 Step(time,1,8,1.0001,−8)
    预载荷 8 N
    转速MOTION_1 −2000 °/s
    转速MOTION_2 −2000 °/s
    转速MOTION_3 −2000 °/s
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    表  3  不同类型降落伞的名义直径和开伞用时

    降落伞类型名义直径/m开伞用时/s
    太阳能无人机伞降系统 3.2 4
    多旋翼无人机失控开伞系统 1.2 2.5
    无人机伞降回收系统 2.8283 3.8
    旋转牵引式降落伞弹射系统 1.3467 1.4033
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  • [1] 宁雷鸣, 张红英, 秦福德, 等. 无人机伞降回收过程动力学建模与仿真[J]. 航天返回与遥感, 2012, 33(5): 24-32.

    NING L M, ZHANG H Y, QIN F D, et al. Modeling and simulation of UAV parachute recovery process[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2012, 33(5): 24-32. (in Chinese)
    [2] 高兴龙, 张青斌, 高庆玉, 等. 无限质量降落伞充气动力学数值模拟[J]. 国防科技大学学报, 2017, 39(3): 58-63. doi: 10.11887/j.cn.201703010

    GAO X L, ZHANG Q B, GAO Q Y, et al. Numerical simulation on parachute's infinite mass inflation dynamics[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2017, 39(3): 58-63. (in Chinese) doi: 10.11887/j.cn.201703010
    [3] 吴翰, 王正平, 周洲, 等. 基于凯恩方程的无人机伞降回收动力学建模与仿真[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(6): 1256-1265. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0602

    WU H, WANG Z P, ZHOU Z, et al. Dynamics modeling and simulation of UAV parachute recovery based on Kane equation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(6): 1256-1265. (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0602
    [4] 孙山林, 孙鹏, 姚钘, 等. 无人机降落伞系统: 中国, 108688821A[P]. 2018-10-23

    SUN S L, SUN P, YAO X, et al. UAV parachute system: CN, 108688821A[P]. 2018-10-23. (in Chinese)
    [5] 刘新阳, 刘玉伟, 杨礼政. 降落伞弹射装置及无人机: 中国, 109436341A[P]. 2019-03-08

    LIU X Y, LIU Y W, YANG L Z. Parachute ejection device and UAV: CN, 109436341A[P]. 2019-03-08. (in Chinese)
    [6] 卓新, 庞兆君, 司骥跃, 等. 膛线式飞网发射器研究[J]. 兵器装备工程学报, 2019, 40(2): 39-43. doi: 10.11809/bqzbgcxb2019.02.008

    ZHUO X, PANG Z J, SI J Y, et al. Structure design and analysis of rifled netting launcher[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2019, 40(2): 39-43. (in Chinese) doi: 10.11809/bqzbgcxb2019.02.008
    [7] 李俊. 无人机伞降回收系统的设计与发展方向[C]//飞机机电系统理论与实践——第二届民用飞机机电系统国际论坛论文集. 南京: 中国航空学会, 2020: 156-159

    LI J. The design and development direction of parachute recovery system for unmanned aircraft[C]//Theory and Practice of Aircraft Electromechanical Systems -The Second International Forum on Civil Aircraft Electromechanical Systems. Nanjing: Chinese Society of Aeronautics and Astronautics, 2020: 156-159. (in Chinese)
    [8] 潘星, 曹义华. 降落伞开伞过程的多结点模型仿真[J]. 北京航空航天大学学报, 2008, 34(2): 188-192. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2008.02.014

    PAN X, CAO Y H. Simulation of parachute's opening process with multi-node model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2008, 34(2): 188-192. (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2008.02.014
    [9] 刘海涛, 张青斌, 杨乐平, 等. 空间绳网系统展开动力学特性分析[J]. 国防科技大学学报, 2015, 37(3): 68-77. doi: 10.11887/j.cn.201503012

    LIU H T, ZHANG Q B, YANG L P, et al. The deployment dynamic characteristics analysis of space web system[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2015, 37(3): 68-77. (in Chinese) doi: 10.11887/j.cn.201503012
    [10] 王睿, 周洲, 郭荣化, 等. 太阳能无人机伞降着陆多体动力学仿真与试验[J]. 航空学报, 2022, 43(8): 456-468. doi: 10.7527/j.issn.1000-6893.2022.8.hkxb202208033

    WANG R, ZHOU Z, GUO R H, et al. Multi-body dynamics simulation and experiment of solar-powered UAV parachute landing[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2022, 43(8): 456-468. (in Chinese) doi: 10.7527/j.issn.1000-6893.2022.8.hkxb202208033
    [11] 张业宏, 张晋明, 马冲, 等. 多旋翼无人机失控开伞系统的设计与实现[J]. 邢台职业技术学院学报, 2020, 37(5): 80-84. doi: 10.3969/j.issn.1008-6129.2020.05.019

    ZHANG Y H, ZHANG J M, MA C, et al. The design and realization of parachute opening system for uncontrolled multi-rotor unmanned aerial vehicle[J]. Journal of Xingtai Polytechnic College, 2020, 37(5): 80-84. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1008-6129.2020.05.019
    [12] 吴翰, 王正平, 周洲, 等. 无人机伞降回收十二自由度模型建立与仿真[J]. 西北工业大学学报, 2020, 38(1): 68-74. doi: 10.3969/j.issn.1000-2758.2020.01.009

    WU H, WANG Z P, ZHOU Z, et al. Establishment and simulation of twelve-degree-of-freedom model for UAV parachute recovery system[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 2020, 38(1): 68-74. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-2758.2020.01.009
    [13] 赵端陆, 熊自明, 杜忠华, 等. 基于MATLAB的新型拦截射网三维外弹道仿真分析[J]. 兵器装备工程学报, 2021, 42(2): 58-62. doi: 10.11809/bqzbgcxb2021.02.011

    ZHAO D L, XIONG Z M, DU Z H, et al. Three-dimensional external trajectory simulation analysis of a new interceptor-fired net based on MATLAB[J]. Journal of Ordnance Equipment Engineering, 2021, 42(2): 58-62. (in Chinese) doi: 10.11809/bqzbgcxb2021.02.011
    [14] 王德荣, 刘一鸣, 熊自明, 等. 基于Simulink的拦截射网质点外弹道仿真分析[J]. 信息技术与网络安全, 2019, 38(6): 102-106.

    WANG D R, LIU Y M, XIONG Z M, et al. Simulation analysis of mass point trajectory of interception network based on Simulink[J]. Information Technology and Network Security, 2019, 38(6): 102-106. (in Chinese)
    [15] 陈钦, 杨乐平, 张青斌. 空间飞网发射动力学建模仿真研究与地面试验[J]. 国防科技大学学报, 2009, 31(3): 16-19. doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2009.03.004

    CHEN Q, YANG L P, ZHANG Q B. Dynamic model and simulation of orbital net casting and ground test[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2009, 31(3): 16-19. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-2486.2009.03.004
    [16] 李武钢. 阻力系数和物体质量对斜抛运动影响的数值分析[J]. 广西师范学院学报(自然科学版), 2006, 23(2): 112-114. doi: 10.16601/j.cnki.issn1001-8743.2006.02.026

    Li W G. Number analysis of projectile motion affected by the air resistance and the object mass[J]. Journal of Guangxi Normal University (Natural Science Edition), 2006, 23(2): 112-114. (in Chinese) doi: 10.16601/j.cnki.issn1001-8743.2006.02.026
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-27
  • 网络出版日期:  2023-05-29
  • 刊出日期:  2023-05-25

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