小型舰载无人机弹射起飞与天钩回收技术研究
发布时间：2021-09-19 15:15
自“扫描鹰”问世以来,弹射起飞技术和天钩回收技术被越来越多的应用到了小型舰载无人机上。本文以某无人机为研究对象,旨在设计一种控制精度高、鲁棒性强的弹射起飞和天钩回收控制技术,以实现无人机的安全起飞与精准回收,主要内容包括:（1）建立典型的舰船运动模型,定量分析舰船运动对理想撞线点的影响;建立无人机六自由度模型,分析其基本性能、操稳性能、爬升和下滑性能,选取无人机典型工作点,为控制律的设计提供理论依据。（2）借鉴有人机弹射起飞安全指标,结合样例无人机的性能,设计无人机弹射起飞安全准则,基于此准则提出基于姿态角控制的弹射起飞控制方案;综合应用鲁棒伺服和模型参考自适应控制方法设计以角速率为内环的姿态角控制器。（3）分析天钩回收飞行过程中存在的问题、难点,设计理想撞线轨迹线;在完成姿态角控制器设计的基础上,纵向设计以H和H（5）为控制变量的高度控制器,横向设计以航迹角控制为主、侧偏控制为辅的航迹跟踪控制器;同时设计了舰船运动补偿网络,提高了无人机在舰船运动频带范围内的跟踪精度。最后在Matlab/Simulink环境下搭建数值仿真模型,对设计的弹射起飞和天钩回收控制律进行仿真验证。仿真结果表明...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
X-47B无人机
1.2 国内外研究现状1.2.1 起飞技术研究现状目前舰载无人机的起飞方式多种多样，起飞方式的设计主要是针对无人机速度和高度瞬时增大过程中的动力加注方式，当今比较流行常用的起飞方式有滑跑起飞、手抛起飞、垂直起飞、火箭助推及弹射起飞等[3]。滑跑起飞是最为常规的起飞方式，是通过动力装置的推动实现加速升空。这种起飞方式的发射系统相对简单可靠，对无人机的起落架要求较高，往往由于舰船跑道的局限性需要增加弹射增速装置以实现短距离增速。目前滑跑起飞主要应用在大型舰载无人机上，如美军的 X-47B，而对于小型舰载无人机来说，由于其本身构型、稳定性等问题，同时考虑到起飞安全问题而很少采用这种起飞方式。手抛起飞是通过操作人员徒手投掷无人机到空中实现加速升空。手抛发射方式一般适用于尺寸小、重量轻的微小型无人机，如美国的“大鸦”、美国的 RQ-11 等。这种起飞方式最为方便，但对较重的机型成功率比较低，投掷失败极有可能对无人机造成毁灭性的损伤，并且对投放者有一定的危险性。
南京航空航天大学硕士学位论文制，成功率极高，也是舰载无人机最早使用的起飞方式。如以色列的“先锋”无人机、加拿大的 CL-289 无人机等都是采用火箭助推方式起飞。然而这种起飞方式的缺点就是成本较高，起飞前准备时间较长。弹射起飞是将无人机固定在弹射装置上，通过弹射装置的外力推动使得无人机在一定长度的滑轨上获得起飞速度和一定的起飞高度从而实现起飞。相比于火箭助推和滑跑起飞方式，弹射起飞兼具两者的优点：能够在短时间内使飞机获得足够的起飞速度，大大降低了场地受限程度；将飞机固定在弹射轨道上进行加速，飞机受外界干扰大大降低，极大的提高了起飞成功率；弹射装置可重复利用，维护费用大大降低。因此也使得其成为当今小型无人机最为广泛采用的起飞方式。如美军装备的“扫描鹰”无人机[5]就是采用弹射起飞的方式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]扫描鹰无人机研究[J]. 单泽众. 飞机设计. 2018(02)
[2]基于橡筋绳弹射的无人机发射系统研究[J]. 杨长盛,殷贤树,蒋红南,张逊,戴勇,张志清. 现代制造技术与装备. 2017(11)
[3]固定翼无人机发射与回收技术发展综述[J]. 曹浩楠,黄建峰,安城辉,杨鹤猛,谢璐. 科技创新导报. 2017(31)
[4]基于Simulink的小型无人机弹射架性能仿真[J]. 高永,孟浩,李冰,王玉伟. 海军航空工程学院学报. 2017(05)
[5]小型固定翼无人机绳钩回收过程动力学分析[J]. 裴锦华,何成,王陶,李悦. 南京航空航天大学学报. 2017(05)
[6]小型无人机弹射系统的动力学研究[J]. 胡明,刘高,梁振刚. 成组技术与生产现代化. 2017(03)
[7]Automatic Carrier Landing Control for Unmanned Aerial Vehicles Based on Preview Control[J]. Zhen Ziyang,Ma Kun,Bhatia Ajeet Kumar. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2017(04)
[8]针对舰艉流抑制的ACLS纵向控制律优化设计[J]. 张智,李佳桐,董然,原新. 哈尔滨工程大学学报. 2016(06)
[9]国外垂直起降无人机发展现状及设计制造关键技术[J]. 何小九,李彦彬,朱枫,余丽山. 飞航导弹. 2016(06)
[10]侧向自动着舰引导控制L1自适应设计[J]. 高丽,吴文海,梅丹,曲志刚. 飞行力学. 2016(04)
硕士论文
[1]基于预见控制的无人机着舰控制研究[D]. 马坤.南京航空航天大学 2017
[2]飞翼无人机机动飞行控制技术研究[D]. 坤娅.南京航空航天大学 2017
[3]飞翼舰载无人机着舰控制技术研究[D]. 张孝伟.南京航空航天大学 2017
[4]航空器运行典型大气环境建模与仿真[D]. 崔锋.中国民航大学 2016
[5]小型无人机动态撞网技术研究[D]. 刘长秀.南京航空航天大学 2016
[6]舰载机着舰过程甲板运动建模及补偿技术研究[D]. 张永花.南京航空航天大学 2012
[7]基于遗传算法的无人机航迹规划研究[D]. 张延松.中南大学 2010
[8]遗传算法参数自适应控制及收敛性研究[D]. 邝溯琼.中南大学 2009
本文编号：3401849
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
X-47B无人机
1.2 国内外研究现状1.2.1 起飞技术研究现状目前舰载无人机的起飞方式多种多样，起飞方式的设计主要是针对无人机速度和高度瞬时增大过程中的动力加注方式，当今比较流行常用的起飞方式有滑跑起飞、手抛起飞、垂直起飞、火箭助推及弹射起飞等[3]。滑跑起飞是最为常规的起飞方式，是通过动力装置的推动实现加速升空。这种起飞方式的发射系统相对简单可靠，对无人机的起落架要求较高，往往由于舰船跑道的局限性需要增加弹射增速装置以实现短距离增速。目前滑跑起飞主要应用在大型舰载无人机上，如美军的 X-47B，而对于小型舰载无人机来说，由于其本身构型、稳定性等问题，同时考虑到起飞安全问题而很少采用这种起飞方式。手抛起飞是通过操作人员徒手投掷无人机到空中实现加速升空。手抛发射方式一般适用于尺寸小、重量轻的微小型无人机，如美国的“大鸦”、美国的 RQ-11 等。这种起飞方式最为方便，但对较重的机型成功率比较低，投掷失败极有可能对无人机造成毁灭性的损伤，并且对投放者有一定的危险性。
南京航空航天大学硕士学位论文制，成功率极高，也是舰载无人机最早使用的起飞方式。如以色列的“先锋”无人机、加拿大的 CL-289 无人机等都是采用火箭助推方式起飞。然而这种起飞方式的缺点就是成本较高，起飞前准备时间较长。弹射起飞是将无人机固定在弹射装置上，通过弹射装置的外力推动使得无人机在一定长度的滑轨上获得起飞速度和一定的起飞高度从而实现起飞。相比于火箭助推和滑跑起飞方式，弹射起飞兼具两者的优点：能够在短时间内使飞机获得足够的起飞速度，大大降低了场地受限程度；将飞机固定在弹射轨道上进行加速，飞机受外界干扰大大降低，极大的提高了起飞成功率；弹射装置可重复利用，维护费用大大降低。因此也使得其成为当今小型无人机最为广泛采用的起飞方式。如美军装备的“扫描鹰”无人机[5]就是采用弹射起飞的方式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]扫描鹰无人机研究[J]. 单泽众. 飞机设计. 2018(02)
[2]基于橡筋绳弹射的无人机发射系统研究[J]. 杨长盛,殷贤树,蒋红南,张逊,戴勇,张志清. 现代制造技术与装备. 2017(11)
[3]固定翼无人机发射与回收技术发展综述[J]. 曹浩楠,黄建峰,安城辉,杨鹤猛,谢璐. 科技创新导报. 2017(31)
[4]基于Simulink的小型无人机弹射架性能仿真[J]. 高永,孟浩,李冰,王玉伟. 海军航空工程学院学报. 2017(05)
[5]小型固定翼无人机绳钩回收过程动力学分析[J]. 裴锦华,何成,王陶,李悦. 南京航空航天大学学报. 2017(05)
[6]小型无人机弹射系统的动力学研究[J]. 胡明,刘高,梁振刚. 成组技术与生产现代化. 2017(03)
[7]Automatic Carrier Landing Control for Unmanned Aerial Vehicles Based on Preview Control[J]. Zhen Ziyang,Ma Kun,Bhatia Ajeet Kumar. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2017(04)
[8]针对舰艉流抑制的ACLS纵向控制律优化设计[J]. 张智,李佳桐,董然,原新. 哈尔滨工程大学学报. 2016(06)
[9]国外垂直起降无人机发展现状及设计制造关键技术[J]. 何小九,李彦彬,朱枫,余丽山. 飞航导弹. 2016(06)
[10]侧向自动着舰引导控制L1自适应设计[J]. 高丽,吴文海,梅丹,曲志刚. 飞行力学. 2016(04)
硕士论文
[1]基于预见控制的无人机着舰控制研究[D]. 马坤.南京航空航天大学 2017
[2]飞翼无人机机动飞行控制技术研究[D]. 坤娅.南京航空航天大学 2017
[3]飞翼舰载无人机着舰控制技术研究[D]. 张孝伟.南京航空航天大学 2017
[4]航空器运行典型大气环境建模与仿真[D]. 崔锋.中国民航大学 2016
[5]小型无人机动态撞网技术研究[D]. 刘长秀.南京航空航天大学 2016
[6]舰载机着舰过程甲板运动建模及补偿技术研究[D]. 张永花.南京航空航天大学 2012
[7]基于遗传算法的无人机航迹规划研究[D]. 张延松.中南大学 2010
[8]遗传算法参数自适应控制及收敛性研究[D]. 邝溯琼.中南大学 2009
本文编号：3401849
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