某型无人机拦阻网回收系统设计

[收稿日期] 2003-10-20

[作者简介] 李 悦(1973-),女,江西人,助理研究员,工学硕士,研究方向为无人机发射与回收技术。

某型无人机拦阻网回收系统设计

李 悦1,周同礼1,董立敏2

(1.南京航空航天大学无人驾驶飞机研究院,南京 210016;2.新港船厂修船部技术科,天津 300456)

[关键词] 无人机;回收;拦阻网;阻尼器

[摘 要] 介绍了无人机拦阻网回收系统的组成和工作原理,论述了系统的网体设计、涡轮阻尼器设计以及拦阻

过程计算等关键技术问题,并给出某型无人机拦阻回收系统的性能计算结果。本文的研究成果为某型无人机拦

阻网回收系统的工程设计提供了理论依据,并已成功应用于某型无人机系统的研制。

[中图分类号] V24;V279 [文献标识码] A [文章编号] 1001-4926(2004)01-0082-04

Design of arresting net recovery system for certain unmanned aerial vehicle

LI Y e 1,ZHOU Tong li 1,DONG Li ming 2

(1.Resea rch I nstitute o f Pilotless Airc ra f t,N an jin g Un iversit y o f Aeronautics &Astronautics ,N ang j ing 210016,P.R.China;

2.Technique Department ,Ship Repairing Branch,Xingang Shi p Ya rd,Tianjin 300456,P.R.China)

Key words:Unmanned aerial vehicle;Recovery;Arresting net;Turbine damper

Abstract:The makeup and working principle of arresting net recovery system of unmanned aerial vehicle are introduced.And some key tech niq ue problems,including design of net body and turbine damper and calculation of arresting course,are discussed.Moreover,the perfor mance calculation results of the arresting net recovery system of certain un manned aerial vehicle are offered.The theory basis results from re search of the paper for the engineering design of the arresting net recovery system of certain unmanned aerial vehicle.And the research result has been used for the develop ment of certain unmanned aerial vehicle system.

0 引言

拦阻网回收系统是在回收区地域比较狭小、地形复杂时用于将着陆后的无人机拦停在很短的距离内;也可作为地面保护装置,安装在机场跑道的一端,防止无人机在着陆滑行减速过程中冲出跑道。无人机降落着陆后,经过短距离的滑行即冲入网内,由系统的吸能装置吸收无人机的动能。

无人机的回收系统有多种。比较早期的有伞降回收,比较新式的有撞网回收,另外还有拦阻钩回收、气囊回收等。拦阻网回收[1-3]和拦阻钩回收[4]原理上是一样的,都是采用吸能装置来吸收无人机的动能,以拦阻回收地面滑行的无人机,不需要很精密的引导装置,而且对大小不同型式的无人机都可以适用,也较少受气象影响。它可以在比滑行回收范围小得多的场地上完成对无人机的安全回收。

1 拦阻网回收系统的组成及工作原理

1.1 组成

拦阻网回收系统主要由网体、刹车带、涡轮阻尼器、支架、拉断绳、吊网带和地锚等部件组成。

2004年03月

第18卷 第1期南昌航空工业学院学报(自然科学版)Journal of Nanchang Institute of Aeronautical Technology(Natural Science)March.2004 Vol.18 No.1

网体由多个组网组成,每个组网又由多个子网构成,则整个网体由若干个子网组成,而每个子网由上、下两根横带和若干竖带组成;其主要功能是包裹着无人机一同运动,把无人机的能量通过刹车带传递给涡轮阻尼器;且网体因受力变形,而吸收少量的无人机的能量。刹车带的功能是将网体所承受的拉力传递给涡轮阻尼器,其一端和网体相连,另一端由内之外缠绕在涡轮阻尼器的鼓轮内。涡轮阻尼器作为系统的吸能装置,功能是吸收无人机的动能。全系统共有两个涡轮阻尼器,安装在网体的两侧,分别通过一根刹车带与网体相联。

支架用来支撑吊网系统,把网悬挂起来。吊网带用以吊挂网体,使其形成工作状态。地锚系统用拉断绳将网体的下横带拴在地面上。拉断绳用以把网体和吊网带、地锚系统连接起来。

1.2 工作原理

当无人机完成飞行任务返回时,首先被控制着陆后滑跑,滑行一段后即冲进拦阻网,开始拦阻回收过程。无人机以正确姿式进网时,机头从网体的竖带中间进入网内,之后机翼和前翼通过网体的若干竖带拽动着整个网体一同向前运动。此时网体的横带和竖带发生拉伸变形,吸收少量无人机的动能。在网体向前运动时,吊网带和地锚是不能向前运动的,因此网体向前稍一运动,连接网体与吊网带及地锚的拉断绳即开始拉直受力,当受力大到一定程度超过拉断绳的拉断强度时,拉断绳即先后断裂,因而又能吸收少部分无人机的动能。

当全部拉断绳全部断裂后,网体就包裹着无人机一同向前运动。当整个网体都能随无人机一同向前运动时,网体即拉动刹车带,再由刹车带拉动涡轮阻尼器的转子旋转。当无人机的运动带动涡轮阻尼器转子旋转时,涡轮阻尼器即产生很大的力通过刹车带来阻止无人机运动,直到无人机停止运动。

2 网体的设计

2.1 网体结构型式的选择

无人机引导入网不象有人机那样有把握,因此考虑结构型式时要考虑到无人机进网时,速度可大可小;进入方向可能垂直于网平面,也可能以比较大的角度冲入网内;无人机的进网可能从网中间进入,也可能从偏离中心较远的地方进网。因此网本身要有较好的安全措施。为此,我们选择了复式多层网的结构型式。也就是整个网是由多个网重叠而组成的。这种结构的优点是即使这些层网中有个别的网在工作过程中破损,整个网的形状不变,仍然可以保证安全地回收无人机。

2.2 选择网的密度

网的密度决定于网体包裹无人机部件的大小。如果被包裹的部件比较小,如鸭式无人机的前翼,这个密度就要大一些,以保证有足够多的竖带能包裹在不大的前翼上,使拦阻载荷分散;如果这个部件比较大,如无人机的机翼,则密度可小一些,也能保证有足够多的竖带包裹在机翼上。

2.3 网体材料选择

网体材料的选择主要是上下横带和竖带的材料选择,这决定于受力的情况。竖带是先受力的,而且在无人机进入方向偏差较大时,很可能只有少数竖带受力,因此竖带应选择得比较强一些。下横带在无人机进入姿态不大好,或机件有故障时,也可能受到比较大的力,而上横带不会碰

到它们所碰到的情况,它的受力状态好一些。

3 涡轮阻尼器的设计

3.1 涡轮阻尼器构造

涡轮阻尼器的构造简图如图1所示。转轴和转盘、转子之间为固定

联接,转轴和上下两个转盘形成鼓轮,用以缠绕刹车带;转子上镶有若干

个梯形叶片;定子在阻尼器中是固定不动的部件,由壳体和镶在壳体内的若干个梯形叶片组成;刹车带由内向外缠绕在转盘上,其作用是把无人机的动能传递给阻尼器。液体介质被密封在转子和定子之间。

83第1期 李悦、周同礼、董立敏:某型无人机拦阻网回收系统设计