翼伞空投系统动力学建模与仿真
无人机前开伞式降落过程动力学建模与仿真

摘
要 文章分析 了某型无人 机 降落伞 回收 阶段 的动 力学过程 ,对各 工作 阶段 的无人机 和 降落伞 的组
合体 进行 了数 学建模 , 用 Maa 使 tb软件 中的 Smu n l i l k组件 搭 建 了无人机 伞 降过程 的仿 真模 型 , 照 真 实飞 i 按 ห้องสมุดไป่ตู้和 回收 工况进行 了计算 , 通过仿 真结果 与试验数 据的 比较 , 验证 了模 型的正确 性 。
r c v r y t m. h n UAV- a a h t s e l S mah mai a d l o a h p r d i h s p o e s i b i . e o ey s s e T e p c u e a s mb y’ t e t l mo e f e c e o n t i r c s s u l r c i t B s d o h s i lt n mo e f t i r c s s s t u y Ma lb S mu i k s f r e lc l t n i ma e a e n t i,s mu ai d l o h s p o e s i e p b t / i l ot o a n wa .Ca u ai s o d a c r i g t e t r i g c n i o f UAV r c v r r c s .I h n ,t e smu ai n mo e ’ o r cn s s c o d n o t s wo k n o d t n o i e o e p o e s n t e e d h i l t d l S c re t e s i y o v r id t r u h c mp rs n o i l t n r s l a d t s d t. e f h o g o a io fsmu ai e ut n t aa i e o e Ke wo d U ma n d a r l e i ls a a h t Mo e i g i lt n e o e e h oo y y r s n n e e a h c e P r c u e i v d l S mu ai R c v r tc n lg n o y
大型动力翼伞拖曳起飞动力学研究

第44卷第3期航天返回与遥感2023年6月SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING9大型动力翼伞拖曳起飞动力学研究苏浩东1,2滕海山1,2刘宇1,2吴卓1,2(1 北京空间机电研究所,北京100094)(2 中国航天科技集团有限公司航天进入、减速与着陆技术实验室,北京100094)摘要动力翼伞具有有效载荷大、续航时间长、安全性和可靠性高以及成本低等优点,在军用和民用领域有很大的发展潜力。
文章针对动力翼伞的地面拖曳起飞过程,根据牛顿力学的基本原理,建立了动力翼伞拖曳起飞纵向动力学模型,描述了翼伞拖曳、稳定、放飞过程的运动状态,搭建了动力翼伞运动过程的仿真环境,分别模拟了拖曳过程与放飞后翼伞的运动状态。
通过控制变量比较了翼伞在不同运动参数下的稳定情况,给出了动力翼伞释放的速度、角速度以及角度条件,得出了地面拖曳车辆的合理运动模式及动力翼伞释放时机,对于后续动力翼伞的工程应用具有一定的指导意义。
关键词拖曳起飞 动力学仿真 翼伞摆角 拖曳车运动 动力翼伞中图分类号: V212.13文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)03-0009-12 DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.03.002Research on Towing Take-Off Dynamics of Large Powered Parafoil SU Haodong1,2TENG Haishan1,2LIU Yu1,2WU Zhuo1,2(1 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China)(2 Laboratory of Aerospace Entry, Descent and Landing Technology, CASC, Beijing 100094, China)Abstract Powered parafoil has the advantages of large payload, long endurance, high safety, high reliability and low cost. It has great development potential in military and civil fields. In this paper, aiming at the ground towing take-off process of power parafoil, according to the basic principle of Newtonian mechanics, a longitudinal dynamic model of power parafoil towing take-off is established to describe the motion state of powered parafoil towing, stability and release process. A simulation environment for the motion process of power parafoil is built. The motion state of the parafoil during towing and after releasing is simulated respectively. The stability of the parafoil in different motion parameters is compared through control variables. The release speed, angular velocity and angular conditions of the power parafoil are given. The reasonable motion mode of the ground towed vehicle and release time of the powered parafoil are obtained, which has certain guiding significance for the engineering application of the follow-up powered parafoil.Keywords towing take-off; dynamics simulation; swing angle; towing vehicle movement; parafoil stability; powered parafoil收稿日期:2022-06-13基金项目:国家自然科学基金(11602018)引用格式:苏浩东, 滕海山, 刘宇, 等. 大型动力翼伞拖曳起飞动力学研究[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(3): 9-20.SU Haodong, TENG Haishan, LIU Yu, et al. Research on Towing Take-Off Dynamics of Large Powered Parafoil[J].10航天返回与遥感2023年第44卷0 引言动力翼伞是在冲压翼伞的基础上发展而来,继承了翼伞优良的气动特性、飞行性能和无人机的控制性能,相较于其他种类的无人机,动力翼伞具有飞行平稳,可控性强,安全可靠与成本低等优势,已经逐渐应用于农林植保、物资投送等军民用领域[1]。
运动控制中的动力学建模与仿真研究

运动控制中的动力学建模与仿真研究一、引言运动控制在现代工程领域扮演着重要的角色。
无论是机器人控制、汽车自动驾驶还是航天飞行器的导航,都需要对系统的动力学进行建模和仿真研究。
动力学建模是追踪系统运动、优化控制策略以及进行运动规划的关键一步。
本文将探讨运动控制中的动力学建模与仿真研究。
二、传统动力学建模方法传统的动力学建模方法基于牛顿力学原理,并采用微分方程描述物体的运动。
通过分析系统的受力、扭矩和外部作用等因素,建立运动方程并求解,以获得物体在不同时间点上的运动状态。
这一方法可以准确地描述物体在系统内部和外部作用力的影响下的运动情况。
然而,由于涉及到大量的微分方程,传统动力学建模方法具有复杂性和计算量大的特点。
三、基于仿真的动力学建模方法随着计算机科学和数值方法的发展,基于仿真的动力学建模方法成为研究的热点。
这种方法利用计算机软件来模拟动力学系统的运动,通过数值计算得到系统在不同时间点上的状态。
仿真技术具有简便、灵活和高效的特点,能够快速和准确地模拟系统的动态行为。
四、多体动力学仿真多体动力学仿真是运动控制中的重要技术之一。
它可以模拟多个物体之间的力学相互作用,并准确地反映系统的运动特性。
多体动力学仿真常应用于机器人控制、车辆动力学和飞行器飞行控制等领域。
通过建立精确的模型和仿真环境,研究人员可以探索不同控制算法、路径规划和优化策略,以提高系统的性能和稳定性。
五、控制系统建模方法除了动力学建模,控制系统建模也是运动控制中的重要一环。
控制系统建模关注的是将输入信号转化为输出信号,并研究系统对输入信号的响应。
常见的控制系统建模方法包括传递函数法、状态空间法和最小二乘法等。
这些方法可以精确地描述控制系统的动态行为,为系统设计和优化提供理论依据。
六、动力学仿真与实际应用动力学仿真在实际应用中具有广泛的应用价值。
在机器人领域,动力学模型可以帮助研究人员分析机器人的稳定性、机械臂的运动和力学特性等。
在车辆动力学研究中,仿真可以帮助模拟车辆在不同路况下的行驶情况,优化车辆的悬挂系统和驱动力分配策略。
高速飞行器的飞行动力学建模与仿真

高速飞行器的飞行动力学建模与仿真下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
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基于CFD的风雨环境翼伞动力学建模

基于CFD的风雨环境翼伞动力学建模孙青林;梁炜;陶金;罗淑贞;陈增强;贺应平【摘要】为研究风雨对翼伞飞行性能的影响,引入风雨环境翼伞动力学模型,在气动方程中加入雨膜、风荷载、雨荷载等影响因素.利用CFD技术模拟风雨环境:通过网格速度模拟风场,多相流模拟降雨,动网格模拟翼伞姿态变化,并求解时均Navier-Stokes(RANS)方程,对气动方程进行补充与验证,从而完成风雨环境的翼伞动力学建模工作.研究结果表明:CFD模拟结果与NASA经典风洞试验结果接近,验证了翼伞气动方程的合理性;所建模型能够较好描述翼伞在风雨环境下的飞行性能,为复杂环境下翼伞建模提供了新思路.%In order to explor the influences of wind and rain on parafoil flight characteristics,parafoil dynamic model was introduced in wind and rain environment by adding the effect factors of rain film,wind load and rain load into its aerodynamic equations.Then,the wind and rain environment was simulated by the CFD method:with wind simulated by mesh velocity,rainfall simulated by multiphase flow and parafoil attitude simulated by dynamic mesh,the Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) equations were solved for the supplements and verification of parafoil aerodynamic equations,so as to complete the task of parafoil dynamic modeling in wind and rain environment.The result shows that CFD simulation results is close to classical NASA wind tunnel test results,which verifies the rationality of parafoil aerodynamic equation.Parafoil dynamic model established in this paper describes the flight characteristics of parafoil in wind and rain environment,which provides a new idea for parafoil modeling in complex environment.【期刊名称】《中南大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(048)008【总页数】10页(P2053-2062)【关键词】翼伞;动力学模型;风雨环境;数值模拟;气动计算【作者】孙青林;梁炜;陶金;罗淑贞;陈增强;贺应平【作者单位】南开大学计算机与控制工程学院,天津300350;南开大学计算机与控制工程学院,天津300350;南开大学计算机与控制工程学院,天津300350;南开大学计算机与控制工程学院,天津300350;南开大学计算机与控制工程学院,天津300350;航宇救生装备有限公司实验部,湖北襄阳,441022【正文语种】中文【中图分类】V211.3翼伞是一种前缘有缺口,利用冲压空气维持一定形状的柔性飞行器,广泛应用于港口消雾、物资运输、飞行器回收等领域[1−2]。
旋转伞-子弹系统动力学建模与仿真

Ab s t r a c t : To s i mu l a t e t he m o t i on o f r o t a t i ng p a r a c hut e — s ub m un i t i on s y s t e m m o r e a c c ur a t e l y, a
( 南京理工大学 智能弹药技术国防重点实验室 , 南京 2 1 0 0 9 4 ) 摘 要: 为 了更 精 确 地 模 拟 旋 转 伞一 子 弹 系统 的运 动 , 基 于 第 一 类 拉 格 朗 日方 程 , 建 立 了 5刚 体 动 力 学 模 型 并进 行 仿 真 计 算 。将 伞 绳 处理 为 阻尼 弹 簧 , 将伞 、 弹等处理为刚体 , 用 质 心 坐标 和 欧 拉 角作 为 广 义 坐 标 表 达 各 刚 体 的位 置 , 给 出 了约 束 方程 , 求解广义力 ; 建 立 了伞 一 弹 系统 动 力 学 方程 。利 用 模 型 对 伞 一 弹 系统 的 零 初 速 下 落 过 程 进 行 仿 真 计算 , 得 到 子 弹 的 转 速 及 扫 描 角 变化 曲 线 , 并 设 计 伞 塔 试 验 对 计 算 结 果 进 行 验 证 。对 某 末 敏 子 弹 系统 的稳 态 工 作
r i g i d b o d i e s . Th e c e n t r o i d c o o r d i n a t e s a n d Eu l e r a n g l e s we r e s e l e c t e d t o d e s c r i b e t h e p o s i t i o n s o f t h e s y s t e m b o d i e s , a n d t h e c o n s t r a i n t e q u a t i o n s we r e e s t a b l i s h e d, a n d t h e g e n e r a l i z e d f o r c e s we r e
无人机系统的动力学建模与优化

无人机系统的动力学建模与优化无人机(UAV)作为一种重要的航空器,已经广泛应用于军事、民用、商业等各个领域。
在无人机的设计与控制过程中,动力学建模与优化是一个重要的环节。
本文将探讨无人机系统的动力学建模与优化,并介绍一些相关的方法和技术。
一、动力学建模动力学建模是研究无人机运动规律和力学行为的重要方法。
它能够描述无人机在不同工况下的运动特性,为无人机的控制系统设计和优化提供基础。
1. 飞行动力学建模飞行动力学建模主要涉及无人机的飞行力学特性和附件动力学行为。
其基础是通过物理力学原理建立无人机的运动方程,通过计算机仿真验证模型的准确性。
2. 传感器建模在无人机系统中,传感器的建模对于无人机的控制和导航至关重要。
传感器可以包括GPS、惯性测量单元(IMU)、摄像头等各种类型。
通过对传感器的特性进行建模,可以提高无人机系统的控制精度和稳定性。
3. 动力系统建模动力系统建模是指对无人机的动力装置进行建模和分析。
通常包括无人机的发动机、电机和蓄电池等。
通过建立准确的动力系统数学模型,可以提高无人机的动力性能和航程。
二、动力学优化动力学优化是指通过调整无人机系统的参数和控制策略,以达到性能最优化的目标。
它可以包括以下几个方面的优化。
1. 路径规划与导航路径规划和导航是无人机系统中的关键问题。
通过优化路径规划算法和导航控制策略,可以实现无人机系统在复杂环境中的自主飞行和任务执行。
2. 控制系统优化无人机的控制系统优化是指对无人机控制算法和控制参数进行调整和改进,以提高无人机的控制性能和稳定性。
常用的方法有PID控制器的参数优化和自适应控制策略的设计。
3. 能源管理与优化能源管理与优化是指对无人机动力系统的能源消耗进行优化。
通过调整无人机的飞行速度、飞行高度以及功率分配策略,可以最大程度地延长无人机的续航时间。
三、相关方法和技术在无人机系统的动力学建模与优化中,有一些相关的方法和技术被广泛使用。
1. 系统辨识方法系统辨识是一种通过实验数据推测和建立数学模型的方法。
火箭助推器伞降回收系统建模及仿真分析

34Internet Technology互联网+技术一、引言降落伞是一种可展开式气动减速装置,其产生的气动阻力可使飞行器减速到预定速度并平稳落地。
目前,降落伞在越来越多的领域得到应用,如发生自然灾害或战争时,可以通过降落伞空投物资设备、武器弹药;在航空航天领域,降落伞可用于深空探测、航天器减速回收;在民生领域,同样广泛使用到定点跳伞、精准着陆等。
近年来,我国航天事业发展取得了显著成绩,火箭发射活动位居世界前列[1] ,使得降落伞系统在火箭助推器回收领域受到广泛关注并成为研究热点。
火箭助推器在实施级间分离后,由于惯性作用仍处于高空高马赫飞行状态,通常速度在1马赫数以上[2],若不对其坠落过程施加控制,可能对落区范围内的建筑造成破坏,对地面人员及财产造成威胁。
所以,应用降落伞系统对火箭助推器回收过程进行减速,成为当下迫切需要解决的一项命题。
20世纪80年代起,各国运载火箭伞控回收工作取得长足发展,如美国Kistler 航宇公司开展的两级运载火箭K-1的回收 ,欧洲航空局与俄罗斯合作的“阿里安5”助推器回收以及随后美国进行的“战神I-X”运载火箭试验性发射回收[3] 等。
而我国的研究起步较晚,整体研究尚处于理论到实际应用之中[4] 。
国防科技大学进行了火箭助推器回收方面的数字仿真分析[5]。
中国运载火箭研究院及空间机电所合作进行了运载火箭分离体安全回收方案设计及演示验证项目,相继进行了系统方案论证和缩比模型的回收试验工作[6]。
在回收过程中,火箭助推器-降落伞系统经过降落伞拉直阶段、充气阶段两个较短过程后,将以稳定速度降落飞行到预定高度。
此时,风场作用将成为系统飞行运动特性的主要影响因素。
然而,目前对火箭助推器回收伞降过程的研究多集中在无风作用情况火箭助推器伞降回收系统建模及仿真分析摘要:在火箭助推器回收过程中,经过降落伞减速,系统将以稳定速度飞行,此时高空风场将成为返回过程的主要影响因素。
通过牛顿-欧拉方程建立了火箭助推器-降落伞系统的六自由度模型,并在此基础上建立系统风场模型。
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翼伞空投系统动力学建模与仿真
翼伞空投系统是一种重要的空投技术,在军事、救灾等方面有着广泛的应用。
为了对翼伞空投系统进行优化设计,需要对其动力学进行建模和仿真。
本文对翼伞空投系统进行了动力学建模与仿真,旨在为其后续研究提供参考。
首先,本文对翼伞空投系统的力学模型进行了建立。
翼伞空投系统由伞具、棍具和投放装置三部分组成,在空气中受到重力、气动和弹性力等多种外部力的作用。
在建立力学模型时,考虑了各部分之间的相互作用及其对整个系统的影响。
接着,本文将力学模型进行数值模拟,得到了翼伞空投系统在不同情况下的运动轨迹和姿态角。
为了验证数值模拟的准确性,本文还进行了实验,并对实验数据进行了对比分析。
结果表明,数值模拟的结果与实验数据吻合度较高,证明了本文所建立的力学模型和数值模拟的可行性和准确性。
最后,本文对翼伞空投系统进行了性能分析,从安全性、精度和适用性三个方面进行了评估。
结果表明,翼伞空投系统具有较高的安全性和适用性,但在精度方面仍有待提高。
在未来的研究中,可以通过对翼伞空投系统的控制系统进行改进来提高其精度和稳定性。
综上所述,本文对翼伞空投系统的动力学建模与仿真进行了研究,建立了其力学模型并进行了数值模拟。
结果证明,所建立的力学模型和数值模拟方法具有较高的可行性和准确性。
未来的研究可以对翼伞空投系统进行更深入的研究,以提高其性能
和应用价值。
为了进一步提高翼伞空投系统的性能,本文还对其性能进行了分析和评估。
在安全性方面,翼伞空投系统在选用合适的投放高度和速度、选择合适的跳伞场地等方面都需进行严格的检查和控制,以确保投放过程中的安全性。
此外,翼伞空投系统的伞具、棍具和投放装置等部件的质量、强度、可靠性等也需进行认真的检查和测试,以保证投放过程中不会出现意外事故。
在精度方面,本文发现翼伞空投系统的精度受多种因素所影响,如空气流动、投放高度和速度、伞具和棍具的设计等。
因此,在优化设计翼伞空投系统时应考虑这些因素,并采取相应的措施进行改进,以提高其精度和可靠性。
在适用性方面,翼伞空投系统具有使用范围广泛的优点,可在军事、救灾、探险等多个领域得到应用。
尤其是在救灾成为当今社会关注的热点话题的情况下,翼伞空投系统在快速、高效投放救援物资方面具有重要意义。
总之,翼伞空投系统是一种重要的投放技术,在多个领域具有广泛的应用前景。
本文对其进行了动力学建模与仿真,得出了力学模型和数值模拟结果,并对其进行了性能分析。
未来研究可探究更加高效和精确的控制系统,进一步提高其性能和应用价值。
同时,对于空投技术这种高风险、复杂的行业,还需加强规范、标准化管理,以确保投放过程中的安全和可靠性。
在规范化方面,翼伞空投系统需要严格遵循相关的规章制度和标准。
例如,在空投训练时,必须遵循严格的安全标准操作程序,确保训练过程中没有任何安全事故的发生。
此外,在翼伞空投
系统的使用和维护过程中,需要加强参数记录和维护管理,及时发现和排除系统中的故障和缺陷,以确保系统的稳定和可靠性。
在性能优化方面,翼伞空投系统需要不断地进行技术创新和改进。
例如,可以研究开发一种自适应控制系统,根据飞行状态和参数实时调整控制指令,以提高系统的灵活性和适应性;还可以研发一种轻量化的翼伞材料和棍材材料,以减轻系统的重量和提高其性能。
在应用方面,翼伞空投系统的应用领域还有很大的拓展空间。
例如,在探险领域,可以使用翼伞空投系统快速投送研究设备和仪器,探索更加深入的自然资源;在物流领域,翼伞空投系统也可以用于速递、紧急补给等方面,提高物流效率,缓解交通拥堵等问题。
总之,翼伞空投系统是现代空投技术中的一种创新型投放技术,具有广泛的应用前景。
未来研究应加强规范和标准化管理,推动技术创新和应用拓展,以实现翼伞空投系统在多个领域的高效、精确和可靠的应用。
翼伞空投系统是一种创新的空投技术,具有广泛的应用前景。
本文围绕着翼伞空投系统这个主题进行了讨论。
从翼伞技术的原理、应用领域、技术框架等多个层面进行了阐述,同时也突出了规范化、性能优化及应用方面的重要作用。
在规范化方面,翼伞空投系统需要严格遵循相关的规章制度和标准;在性能优化方面,翼伞空投系统需要不断地进行技术创新和改进;在应用方面,翼伞空投系统的应用领域还有很大的拓展空间。
未来研究应加强规范和标准化管理,推动
技术创新和应用拓展,以实现翼伞空投系统在多个领域的高效、精确和可靠的应用。
总之,翼伞空投系统是现代空投技术中的一种创新型投放技术,具有广泛的应用前景,提升空投效率、降低空投成本。