前三点式无人机地面建模技术研究

发布时间：2017-09-17 21:29

  本文关键词：前三点式无人机地面建模技术研究

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【摘要】：无人机地面受力情况非常复杂,动力学特性与空中飞行时有很大不同,建立一个准确的地面模型,模拟无人机地面动力学特性,为滑跑控制逻辑提供真实的仿真环境,满足地面过程仿真验证需求,对无人机安全起降具有重要的意义。本文以某型前三点式无人机为对象,在分析了无人机地面滑跑过程的动力学特性后,将起落架缓冲器等效为一个弹簧阻尼系统,根据起落架压缩量与机轮支撑力间的关系,建立了起落架力学模型。在分析摩擦系数与机轮滑移率变化关系后,根据无人机地面侧向运动特点,将侧向运动划分为低速滑跑阶段和高速滑跑阶段。针对低速滑行地面摩擦力大,抵消外界扰动能力强的特点,应用力与力矩平衡机制,设计了三轮侧力分配机制,建立了样例无人机地面低速运动的动力学模型。综合考虑无人机高速滑行时气动效应明显,地面摩擦显著减弱等因素,建立了机轮侧力与侧偏刚度、侧偏角间定量模型,实现了样例无人机高速阶段的地面动力学模拟。在完成样例无人机地面运动摩擦力建模后,根据前轮偏转和后轮刹车两种纠偏机构作用机制,建立了地面摩擦力与前轮偏转角、刹车结合力矩间的动力学模型,模拟了前轮偏转和后轮刹车纠偏过程中的样例无人机地面受力变化过程。完成无人机滑行过程所有动力学分析后,根据惯性空间牛顿动力学与运动学理论,建立了无人机地面动力学模型。仿真结果表明该模型较准确地模拟了无人机地面动力学特性,地面模型准确、可用,满足仿真验证需求。
【关键词】：无人机 地面模型 滑跑 建模 仿真
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.2.1 国内外研究现状16-18
• 1.2.2 地面建模面临的难题18
• 1.3 论文主要研究内容及章节安排18-20
• 第二章 无人机地面运动及动力学分析20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 无人机动力学分析20-23
• 2.2.1 对象描述20
• 2.2.2 坐标系定义及转换20-21
• 2.2.3 地面滑行过程分析21-23
• 2.2.4 基本假设23
• 2.3 地面受力分析23-27
• 2.3.1 重力25
• 2.3.2 气动力与力矩25-26
• 2.3.3 发动机推力26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 无人机起落架系统建模28-35
• 3.1 引言28
• 3.2 起落架系统构成28-29
• 3.3 起落架动力学模型29-33
• 3.3.1 缓冲器动力学模型29-31
• 3.3.2 机轮支撑力建模31-33
• 3.4 起落架模型仿真33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 无人机地面摩擦力建模35-47
• 4.1 引言35
• 4.2 地面摩擦力构成35
• 4.3 纵向摩擦力建模35-39
• 4.3.1 机轮摩擦系数分析35-38
• 4.3.2 纵向摩擦力38-39
• 4.4 侧向摩擦力建模39-44
• 4.4.1 侧向摩擦力分析39-40
• 4.4.2 低速阶段侧向摩擦力模型40-42
• 4.4.3 高速阶段侧向摩擦力模型42-44
• 4.5 地面摩擦力模型仿真44-46
• 4.5.1 机轮摩擦系数仿真44-45
• 4.5.2 摩擦力模型仿真45-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第五章 机轮操纵系统建模47-58
• 5.1 引言47
• 5.2 刹车系统动力学建模47-50
• 5.2.1 差动刹车纠偏过程47-48
• 5.2.2 机轮刹车装置48-49
• 5.2.3 机轮结合力矩49
• 5.2.4 机轮动力学模型49-50
• 5.3 差动刹车系统模型仿真50-53
• 5.3.1 左轮刹车仿真50-52
• 5.3.2 右主轮刹车仿真52-53
• 5.4 前轮偏转操纵模型53-54
• 5.5 前轮偏转操纵模型仿真54-55
• 5.6 地面转弯能力分析55-57
• 5.7 本章小节57-58
• 第六章 无人机地面模型综合58-62
• 6.1 引言58
• 6.2 无人机受到的合力及合力矩58-60
• 6.2.1 发动机及气动力和力矩58-59
• 6.2.2 地面作用力及力矩59
• 6.2.3 无人机综合力及力矩59-60
• 6.3 运动学及动力学模型60-61
• 6.3.1 动力学模型60
• 6.3.2 运动学模型60-61
• 6.4 本章小结61-62
• 第七章 仿真及结果分析62-77
• 7.1 引言62
• 7.2 仿真环境62-63
• 7.3 无风情况下地面滑行仿真63-74
• 7.3.1 无人机结构对称时地面运动63-70
• 7.3.2 无人机结构不对称地面运动70-74
• 7.4 侧风扰动下地面滑跑仿真74-76
• 7.5 本章小结76-77
• 第八章 总结与展望77-79
• 8.1 本文工作总结77-78
• 8.2 后续工作展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84

【参考文献】

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本文编号：871463