翼伞精确空投系统关键技术和发展趋势

为保证载机安全的同时提高着陆精度,重点对翼伞精确空投系统进行研究。介绍精确空投系统中翼伞的应用发展和国内外研究小组的工作,对翼伞精确空投系统的关键技术进行详细阐述,介绍翼伞精确空投的几个典型应用,探讨翼伞精确空投的发展趋势。该研究可对我国进行翼伞精确空投系统实验研究和工程设计提供一定的技术参考。     

欧美精确空投系统

欧美将精确制导及GPS导航等控制技术与空投技术的相融合,研制出多种空投系统.美国PADS精确空投系统、AGAS可承受制导空投系统、GDS普通投送系统、"尖叫者"快速投送系统、ONYX自主制导伞降系统、半刚性可展开翼(SDW)精确投放系统.加拿大"雪雁"、"夏尔巴人"精确空投系统.德国"SLG-SYS"自主滑翔伞降系统.荷兰"黑桃"小翼伞自主投送系统英国的"CADS"可控空投系统.     

随机初值条件下基于翼伞的无人机回收方法

翼伞回收系统由柔性伞衣和所回收负载组成，存在对着陆场要求低、飞行安全稳定、可雀降无损着陆等独特优势，在无人机回收、物资空投等军用及航空航天领域都发挥着不可替代的重要作用。翼伞回收系统依靠柔性伞衣提供升力，但伞衣存在复杂的非线性动力学特性，导致其控制难度较传统刚性飞行器更高。针对该问题，基于部分假设，通过对柔性伞衣和系统负载间的相互作用进行动力学分析，建立翼伞回收系统的简化动力学模型。基于自抗扰控制技术设计水平控制器与归航策略，实现随机初值条件下的翼伞高精度归航，从任意初始位置及角度将无人机精确地运输至目标位置。飞行测试结果表明：所建立的动力学模型可为翼伞的实际飞行实验提供仿真调试环境，实现控制器参数调节；在15次翼伞归航控制实验中，翼伞系统的平均归航落点误差为21.9 m。     

动力翼伞系统拟坐标形式的多体动力学建模

精准的翼伞空投着陆需要更接近实际的动力学模型。采用拟坐标形式的Lagrange方程,提出反映翼伞连接方式和相对运动的翼伞多体动力学建模方法。针对翼伞系统稳定飞行的运动特性,将其处理为伞衣、伞绳和载荷等多刚体系统。利用多项式形式表示伞衣下拉后缘时的气动力,附加质量影响处理为等效力,各体平动速度和角速度作为拟坐标,建立无约束形式的多体动力学方程。以某小型翼伞系统为例,仿真分析了单刚体和多刚体模型在下拉后缘、突风扰动和不同吊挂模式下伞衣与载荷的运动特性。仿真结果表明,所建模型有效反映了翼伞系统的相对运动,可通过改变连接方式提高载荷运动的稳定性。     

翼伞系统5段归航轨迹优化研究

为实现翼伞系统精确空投和方便归航过程下拉操控,需对翼伞归航轨迹分段处理并优化。建立翼伞系统高精度9自由度动力学模型,通过数值分析得到稳态滑翔比以及转弯角速率限值。以耗能最小为目标函数,耗时和转弯半径为输入变量,建立5段归航轨迹优化模型。将5段归航轨迹作为初始条件,利用伪谱法进行轨迹优化,给出归航最优参考路径,并对比分析了5段归航与直接归航过程能量损耗。仿真结果表明,所提出的5段归航轨迹优化策略,具有其控制量函数形式简单、便于应用的优点。     

翼伞系统弹性连接模型的相对运动分析

翼伞系统的测量及操纵设备通常安装在回收物上,为了实现翼伞系统的精确控制归航,分析了回收物和伞体之间的相对运动情况.文中考虑了不同方向上附加质量的不同,以及吊带和连接带的弹性变形,建立了翼伞系统非刚性连接模型.分析了滑翔、转弯及雀降3种控制操纵下两体的相对运动特点,以及不同连接方式对相对运动的影响.研究结果表明,在转弯操纵时翼伞系统的两体间存在明显相对运动,但采用多点交叉连接可以使这种相对运动得到有效的抑制.     

天降铁甲的奥秘——伞降系统和缓冲系统

带伞空投装甲车辆的技术较为复杂，其中伞降系统和缓冲系统是战车空投系统的重要组成部分，它们是保证物资或装备平稳地从空中安全抵达地面的一种特殊装备。首先须具备有供空投用的技术装备，主要包括空投控制离机系统和降落伞空投系统。飞机装载被空投装甲车辆飞临空投地域，飞机后舱门打开，降落伞系统首先抛出牵引伞，由牵引伞的阻力将被空投战车沿机舱的内滑道拖出飞机机舱。     

精确空投模式分析

精确空投模式包括:基于预测的精确空投(被动式);基于抗干扰、动力补充的精确空投(主动式);基于预测-抗干扰的精确空投(混合式).分析各精确空投系统所需的关键技术、系统的构成及实现程序,对我军精确空投的研究提供帮助.     

悬浮弹空中姿态稳定技术探讨

为进一步优化减速减旋技术,实现空中姿态精确控制,结合悬浮弹的工作原理对其空中姿态稳定技术进行研究,从减速伞技术、伞绳设计和翼片结构受力分析、翼片结构设计中的关键问题入手,重点探讨了减速伞减速技术和翼片阻旋技术。实践表明,该技术满足悬浮系统空中姿态的稳定要求设计。     

基于多项式混沌展开方法的翼伞飞行不确定性

针对翼伞飞行性能的不确定性量化评估问题,基于多项式混沌展开(PCE)方法,提出翼伞系统模型参数不确定性分析方法.建立含有不确定性参数的翼伞系统9自由度多体动力学模型,并利用PCE方法建立代理模型来逼近翼伞系统非线性动力学模型.分析不同PCE模型阶数和样本点数量对计算结果的影响,综合考虑计算精度和效率,给出适用于翼伞飞行...     

精确空投系统归航环境模型构建

分析了精确空投系统在归航过程中面临的各种环境因素，着重对地形、防空火力威胁和风场特性进行了模型构建．仿真结果表明，所构建的环境模型可为精确空投系统任务规划提供准确的环境威胁数据，从而可提高投送的精度．     

翼伞系统分段归航方向控制方法

分析了翼伞系统分段归航的轨迹,提出了一种翼伞系统分段归航的方向控制方法,分析了翼伞系统分段归航过程中各段对于方向控制的主要任务,探讨了位置控制和速度方向控制在翼伞系统分段归航控制程序设计时的优先权。     

伞-弹系统九自由度动力学模型

子弹一降落伞系统具有非常复杂的动力学特性,综合应用降落伞动力学、多体动力学的理论和分析方法,建立了伞一弹系统稳定下降阶段的九自由度动力学模型,并利用试验数据对模型的有效性进行了验证分析。在此基础之上分析了阵风作用下子弹姿态运动特性及扫描点运动规律。研究成果可应用于一般伞一弹系统的设计分析、指导伞一弹空投试验。     

空投水雷安全性建模及仿真分析

为验证空投水雷空中投放的安全性,建立了其空投过程的运动方程和数学模型,并按照开伞之前、开伞以后和意外开伞3种情况进行了仿真分析。结果表明,该种水雷在3种情况下都能确保空投的安全性,后期进行的实投试验证明了模型和仿真分析的正确性。     

基于MATLAB/Simulink的高速空投弹道仿真

采用MATLAB／Simulink对高速空投弹道进行仿真,建立外界因素影响的无伞空投弹道系统仿真模型。以空投鱼雷为例。分析空投高度、空投速度以及随机风对鱼雷空投弹道的影响,给出高速空投弹道的规律。该方法可以有效地应用到水中兵器空投弹道的仿真分析中,并为入水冲击水下弹道导引规律设计研究提供技术参考。     

鱼雷和伞的空中运动模型

对于稳定运动阶段的雷伞系统，采用凯因动力学方法，建立雷伞一体的运动模拟型，通过消去鱼雷和伞之间的相互作用力和力矩，为计算带来了方便，为空投鱼雷的弹道计算提供了新的方法。     

某自行火炮空投姿态动力学分析

自行火炮空投时因倾角很大,威胁空投安全,必须进行控制。运用多体动力学分析方法,将空投过程分为四个阶段,分别对各阶段建立动力学模型。在火炮空投出舱前,起动初期视为直线加速运动,到舱口附近视为二自由度运动,在火炮出舱后,视伞和火炮系统为四自由度运动,运用速度矩阵法推导动力学方程,进行了详细分析计算,找到了影响倾角的主要因素,揭示了各个因素的影响规律,提出了减小倾角的方法和建议,为改善空投姿态、保证空投安全提出了有效方法。     

重型装备空投视景仿真系统的设计与实现

针对军用运输机空投任务,基于重装空投过程的动力学分析,运用分离法将飞机与重装作为两个独立的实体、降落伞与重装视为一个整体,构建了在无控条件下机－物与伞－物两部分的动力学模型,结合视景仿真技术,使用 Unity 3D为开发引擎研制了一套包含飞机飞行动力学模型、重装出舱动力学模型、降落伞空投动力学模型及其关键数据实时显示、记录与打印的可视化虚拟环境,以计算数据驱动三维模型完成整个空投过程的关键动作,弥补了数值仿真系统不直观的缺点,增加了视景仿真系统的近真实性。结果表明：该视景仿真系统可以近似真实地还原空投过程、准确完成空投动作,为重型装备空投的分析与评估提供了参考。     

粒子群算法在翼伞空投系统航迹规划中的应用

针对当前翼伞系统研究中未考虑到地形威胁、火力威胁对航迹规划影响的问题,对地形威胁和火力威胁进行了建模,结合翼伞飞行特性,引入最小威胁曲面生成三维航迹搜索空间,并利用粒子群算法搜索优化翼伞系统的航迹。仿真结果表明,粒子群算法能有效地减小搜索空间,提高规划的效率,且使规划出的航迹能够躲避威胁,满足航程和高度的要求。     

雷伞系统5自由度动力学模型

空投鱼雷和火箭助飞鱼雷雷伞系统中,降落伞的作用力简化为作用在雷尾且与气流方向一致的力,而基于此建立起来的雷伞系统数学模型很难对雷伞系统的锥摆等做出准确的分析。为了解决这一问题,该文从空气动力学的基本原理出发,综合应用降落伞动力学、多体动力学的理论和分析方法,利用牛顿和Kirchhoff方程建立了雷伞系统稳定下降阶段的5自由度动力学模型,并进行了仿真分析,仿真结果表明,该系统具有较好的一致收敛和稳定性,本文方法为开展降落伞工程设计提供理论参考。