小型冲压翼伞动力学建模与归航研究

【摘要】：翼伞空投是一项将物资或人员从空中运输到目标地点的重要技术,得益于它较大的升阻比、灵活的转弯性能和雀降性能,翼伞系统可实现精确空投和定点无损着陆。在作战补给、人道救援、远程监视和帮助突击队潜入敌阵等方面,翼伞空投都得到了广泛的应用。本文针对空投救援应急任务的需求,研究了某种小型冲压翼伞的气动特性、基本运动特性和物-伞相对运动特性,从精确空投的需求出发,提出了翼伞的实时末制导的方法,为进一步发展精确空投系统提供新的归航技术方案。首先,利用涡格法分别计算了翼伞在滑翔和转弯两种飞行方式的不同工况下气动力和气动力矩,利用最小二乘拟合方法得到了翼伞的各项气动系数参数。其次,基于含附加质量矩阵的全张满翼伞六自由度运动方程,分析了该小型冲压翼伞系统在滑翔和转弯运动过程中运动轨迹、姿态、转弯速率等基本特性;建立了翼伞-载荷两体系统的九自由度模型,研究了以球铰形式联接的载荷-翼伞系统在归航中受风场干扰时和转弯运动时的相对运动。最后,利用自适应遗传算法优化了翼伞分段归航方案;针对小型冲压翼伞运用于救援和应急等方面的实际应用,提出了基于虚拟域法的归航策略,在末段制导转弯段中,实时优化归航路径,以便应对初始转弯点偏差或突风的干扰,实现翼伞系统最终按照预计时间着陆于目标点。该方法采用单边后缘下偏,操纵简单,便于在工程上实现。本文的工作可为小型冲压翼伞系统的设计以及相关问题研究提供参考。
【关键词】：翼伞系统 涡格法 物伞系统 实时末制导 虚拟域法
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V212;V249