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固定翼无人机撞网回收技术地面回收设备的研究

论文作者:科技论文
发表时间:2017-1-31

【摘 要】在现代电子技术和信息技术的支持下,无人机应用范围愈加广泛,在众多的无人机回收技术中撞网回收作为适合固定翼无人机的回收技术越来越受到关注。本文首先介绍了国内外撞网回收技术的发展和应用状况,其次重点分析了固定翼无人机撞网回收技术的地面回收设备,并在最后提出了一些意见。
  【关键词】固定翼无人机 撞网回收 吸能缓冲
  1 无人机撞网回收技术简要分析及应用
  无人机自问世迄今已有近百年的历史了,虽然最先开始是被应用于军事侦查,但是现在无人机种类繁多,功能巨大,例如靶机,无人侦察机、无人战斗机等等。据统计,从上世纪九十年代到本世纪的前十年里,无人机的数量增长迅速,尤其是小型无人机几乎以没十年翻一番的速度增长,从1990年代的25000架猛增到2010年的10万架。这期间,无人机回收技术也不断发展和创新出现了自行着陆回收、撞网回收、伞降回收、垂直起降回收和智能自动回收等回收技术。而无人机撞网回收技术的研发则始自于上世纪七十年代末,到现在也有近半个世纪的发展历史了。无人机撞网回收技术是以其精确的定点回收而著称的,对于小型固定翼无人机在舰船上回收或者在面积较小的回收场地而言撞网回收以一种极其理想的回收方式,在某种意义上可将其当坐零距离回收技术。撞网回收技术的核心设置是撞网回收系统,主要由阻拦网装置、缓能吸收装置以及末端精确引导装置构成,其中阻拦网装置和缓能吸收装置主要是属于地面设备。撞网回收技术的关键在于引导上如何实现无人机高精度撞网,缓能上如何实现平稳柔和地吸收能量,结果上如何实现保证无人机不受损及其再利用。
  2 撞网回收技术的分类及利弊分析
  如果以撞网回收的阻拦网和阻网支架数量为基准,无人机撞网回收可以分为单网单杆、单网双杆、单网三杆、双网双杆四种回收方案。其中单网单杆和单网双杆受制于本身承受能力的限制,一般经常用于质量较轻、体积较小的小型无人机的回收,而单网三杆和双网双杆的回收方式则在舰载无人机回收时较为常见。由于撞网的材料一般是由极具弹性、坚韧的高科技材料编制而成,再加之阻网两旁的能量吸收装置,当无人机撞向阻网后,其惯性很快消失,速度归零。因此,相比其它的回收方式,撞网回收一般具有以下方面的优势:基本上摆脱了回收场地选择的弊端,理论上几乎可以在任何场地进行回收,而且由于够成相对简单,极易操作,布设简单,即便在条件符合的山区和舰体见到的舰船上也可以轻松回收。当然撞网回收也有其弊端,虽然撞网回收不受从回收场地的限制,但是由于其阻网的面积通常不能满足回收的需要,尤其是在天气条件不利的情况下,给无人机的撞网带来了极大的困难。此外,当在舰船上进行回收时,由于舰体本身的规模有限,而且有限的空间内军舰一般都装备了天线、雷达以及导弹等诸多设备,更使得回收空间受限,如果在海上遇到大风天气导致舰船不稳,在操作不当的情况下无人机通常不能精确撞网,更严重的是撞毁舰船的先进设备。
  3 撞网回收技术的地面设备分析
  3.1 地面回收设备的发展现状
  能否实现无人机撞网回收的精确回收关键在于无人机的末端引导设备以及地面设备中的缓能吸收设备。本文主要进行地面回收设备的研究,因此不再对末端引导进行讨论。缓能吸收设备主要是由两部分组成的:一个是由拦网和立杆构成的阻拦网体,另一个则是专门的吸能缓冲器。地面缓能设备的难点在于如何使得无人机机体以及关键部件不受损害又保证阻拦网不被冲破而对无人机造成再伤害。因此地面缓能吸收设备的要求也应基于以上两个方面的要求进行研发,既能满足无人机缓冲平均过载和瞬时过载峰值满足无人机体以及网体的乘力特性,不对其造成损害又可以保证被缓能吸收的机动能量不被释放出来作用于撞网的无人机而使其受到二次伤害。通过贵对国外无人机撞网回收技术的文献梳理与实践经验来看,在微小型无人机(以美国“银狐”和“杀人蜂”为代表的总质量小于40KG的无人机)以及固定翼无人机的撞网回收系统中,当其进行撞网回收时几乎可以完全实现在拦阻网体以及立杆支架弹性变形的共同作用下吸收机动能量,而当总质量大于40KG的大中型无人机进行撞网回收时,吸收机动能的功能主要专门的吸能缓冲器来承担。
  3.2 完善地面回收设备的思考
  因此,要完善目前国内的撞网回收地面缓能设备,首要的是要对设计问题进行关注,即在阻拦网体装置以及吸能缓冲装置的设计中,应该充分考虑阻拦网体装置以及立网支架装置如何将吸收无人机的机动能转化为其弹性势能并保证其不再被意外释放出来,所以,当今研发的重点就是吸能缓冲装置既能充分吸收无人机的机动能又能将其进行转化不被再次释放。通过筛选对比可以发现涡轮阻尼装置是一种非常符合我们预期要求的吸能缓冲装置,在吸能方面它能保证大部分机动能被充分吸收,更重要的是由于其工作的介质是液体,因此涡轮阻尼装置可以确保被吸收的机动能转化为其工作的内能而不会被再次释放导致反弹。我国目前也出现了这方面的研究,如南京航空航天大学在不久前就进行了一次模拟实验,在某型号的固定翼无人机的地面拦阻系统中装备了两个涡轮阻尼装置,作为吸能缓冲装置,成功的进行了超过120KG的中型无人机在28m/s的入网速度状态下安全、平稳的撞网回收。实验结果与实验的测定数据表明,固定翼无人机的纵向缓冲平均过载不超过3g涡轮阻尼装置吸收的机动能量总和为整个无人机总动能的95%左右,这说明了涡轮阻尼装置在吸能方面的极高效率与极佳性能。
  其次,还要考虑一旦无人机撞网,其关键部件和脆弱部件的承受力的问题。当固定翼无人机入网时,其机头、机翼的前缘、固定机翼与机身的关键接头等部位极易受到冲击和损坏,必须充分做好在根据无人机过载变化特性前提下对这些关键部件的保护措施,尽量做到最大程度上使无人机的回收受到最小的伤害以及避免其它的意外伤害。至于无人机在拦网内运动的过载变化特性则可以借助系统的动力学分析建模以及仿真计算获得。
  参考文献:
  [1] 褚永康.无人机撞网回收系统设计与分析[D].湖南大学,2011.
  [2] 邹湘伏.无人机发展现状及相关技术[J].飞航导弹,2006.
  [3] 裴锦华.无人机撞网回收的技术发展[J].南京航空航天大学学报,2009.
  作者简介:林朝辉(1972―),男,福建福州人,本科,毕业于福州大学,工程师,研究方向:无人机电力巡检。
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