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无人机投放分离特性仿真与优化

曾丽芳 黎军 王天琪 邵雪明

曾丽芳, 黎军, 王天琪, 邵雪明. 无人机投放分离特性仿真与优化[J]. 气体物理, 2022, 7(4): 19-27. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0923
引用本文: 曾丽芳, 黎军, 王天琪, 邵雪明. 无人机投放分离特性仿真与优化[J]. 气体物理, 2022, 7(4): 19-27. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0923
ZENG Li-fang, LI Jun, WANG Tian-qi, SHAO Xue-ming. Simulation and Optimization of the Separation Process for UAV[J]. PHYSICS OF GASES, 2022, 7(4): 19-27. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0923
Citation: ZENG Li-fang, LI Jun, WANG Tian-qi, SHAO Xue-ming. Simulation and Optimization of the Separation Process for UAV[J]. PHYSICS OF GASES, 2022, 7(4): 19-27. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0923

无人机投放分离特性仿真与优化

doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0923
基金项目: 

浙江省重点研发计划 2020C05001

详细信息
    作者简介:

    曾丽芳(1991-)女, 博士, 主要研究方向为新概念飞行器设计, 计算流体力学。E-mail: 838363829@qq.com

    通讯作者:

    黎军(1968-)男, 博士, 教授, 主要研究方向为飞行器总体设计, 内外流一体化技术, 分布式协同探测、导引与控制。E-mail: lijun-uv@zju.edu.cn

  • 中图分类号: V45;V211.48

Simulation and Optimization of the Separation Process for UAV

  • 摘要: 用于远程投放作战的无人机在与母机分离的过程中, 其姿态变化与运动轨迹直接影响母机的安全性和自身稳定性。基于重叠网格技术, 提出了一种流体-刚体运动耦合数值模拟方法, 对无人机动态投放分离过程进行仿真。采用WPFS标模进行计算, 发现仿真与试验结果吻合度高, 数值模拟方法得到有效验证。采用上述数值模拟方法实现无人机投放过程的仿真, 得到无人机在投放分离过程中位置与姿态随时间的变化规律。进一步基于仿真结果, 完成了无人机弹射方案的优化设计。

     

  • 图  1  机翼/挂架/无人机翼挂投放的物理模型

    Figure  1.  Physical model of wing/pylon/UAV

    图  2  流体与刚体运动耦合求解流程图

    Figure  2.  Flow chart of coupled fluid and rigid body motion solution

    图  3  无人机结构化重叠网格

    Figure  3.  Structured overset grids of UAV

    图  4  机翼/挂架/无人机重叠网格

    Figure  4.  Overset grids of wing/pylon/UAV

    图  5  弹射力作用位置示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of ejection force

    图  6  WPFS坐标轴

    Figure  6.  Coordinate axis of WPFS model

    图  7  导弹的运动轨迹与姿态变化规律

    Figure  7.  Trajectory and attitude change law of the missile

    图  8  初始弹射力下无人机的运动轨迹与姿态变化

    Figure  8.  Trajectory and attitude changes of UAV under initial ejection force

    图  9  初始弹射力作用下无人机投放过程的压力云图

    Figure  9.  Pressure contour of UAV separation process under initial ejection force

    图  10  投放分离过程母机机翼的升阻力系数

    Figure  10.  Force coefficients of aircraft wing during separation

    图  11  导弹与无人机的俯仰力矩特性曲线

    Figure  11.  Pitch moment coefficients of missile and UAV

    图  12  弹射力作用位置调整示意图

    Figure  12.  Schematic diagram of the change of ejection force

    图  13  不同弹射力下无人机的运动轨迹与姿态变化

    Figure  13.  Trajectory and attitude changes of UAV under different ejection forces

    图  14  优化弹射方案无人机投放过程的压力云图

    Figure  14.  Pressure contour of UAV separation process under optimization of ejection scheme

    表  1  母机机翼参数

    Table  1.   Wing parameters of the parent aircraft

    b/m χ0/(°) χ1/(°) c/m λ
    6.604 45 0 7.62 0.133
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    表  2  挂架参数

    Table  2.   Pylon parameters

    l/m w/m h/m
    2.286 0.149 0.61
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    表  3  无人机基本属性参数

    Table  3.   Basic attribute parameters of UAV

    M/kg x/m Ixx/(kg·m2) Iyy/(kg·m2) Izz/(kg·m2)
    150 1.48 4.6 82.8 82.8
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    表  4  WPFS弹射力具体参数

    Table  4.   Specific parameters of WPFS ejection force

    X1/m X2/m XG/m d/m F1/N F2/N
    1.24 1.75 1.42 0.1 10 679.4 42 717.5
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    表  5  初始弹射力具体参数

    Table  5.   Specific parameters of original ejection force

    X1/m X2/m XG/m d/m F1/N F2/N
    1.3 1.81 1.48 0.1 2 669 6 405
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    表  6  优化弹射力具体参数

    Table  6.   Specific parameters of optimized ejection force

    X1/m X2/m XG/m d/m F′1/N F′2/N
    1.2 1.71 1.48 0.1 2 669 6 405
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-12
  • 修回日期:  2021-04-29
  • 刊出日期:  2022-07-20

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