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机载伸展臂设计与分析

摘要

近年来,无人机技术迅速发展,其在各个领域的应用备受关注,尤其是无人机群回

收方式因其独特优势近年来成为研究焦点。空基回收作为一种有效的方式,不仅可以增

强无人机的作战半径,还能提高其使用效率。本文针对国内外空基回收的现状进行深入

分析,提出一种新型机载可展开伸展臂结构总体方案,针对现存问题进行结构优化,以

实现在空中不停机情况下对无人机的抓捕回收工作。

提出了一种伸展臂结构具体解决方案,根据可展开伸展臂结构的工作环境与展开特

性需求,对伸展臂的结构特点和设计指标进行分析。设计了伸展臂的结构组成,包括驱

动选择、铰链的锁定与解锁结构设计、逐级释放结构设计等,并对各结构件进行受力分

析与承载仿真,以确保结构的稳定性与可靠性。

对可展开伸展臂结构进行了动力学分析。通过建立系统的运动学方程及分析结构的

力学形式得到伸展臂结构的刚体动力学模型,分析了模型参数变化对结构所受载荷的变

化影响;推导可展开伸展臂结构的动能、重力势能和弹性势能方程,运用拉格朗日方程

建立系统的弹性体模型。为以后建立控制器,实现在环境扰动下对无人机精确抓捕工作

提供理论基础。

建立了主机、无人机、伸展臂的风场模型,通过对数学模型求解得到飞行过程中的

数值解。分析飞行过程中主机机翼产生尾涡对无人机以及伸展臂结构的影响,求解得到

无人机与伸展臂的数值解。通过数值求解进行仿真模拟,进一步确保了结构在实际环境

中的可靠性。

建立了回收对接容差数学模型,考虑了结构在风载作用下的变形影响,分析了回收

过程中的容差性能。重点进行了对接动力学求解、容差理论推导和仿真分析。通过对结

构特征和对接运动过程几何条件的详细分析,评估了系统在回收过程中的容差性能,确

保回收过程的准确性。

本文提出一种新型伸展臂整体方案,对整体结构进行运动与载荷分析,得到动力学

模型,并对主机与无人机进行风场建模得到伸展臂结构的工作环境,最后分析由风载荷

引起的模型变形对于回收工作的影响。

关键词:空间伸展臂结构;空基回收;对接容差计算;动力学建模

机载伸展臂设计与分析

Abstract

Inrecentyears,unmannedaerialvehicle(UAV)technologyhasrapidlyadvanced,

garneringsignificantattentionforitsapplicationsacrossvariousdomains.Particularly,the

methodofUAVswarmrecoveryhasbecomearesearchfocusduetoitsuniqueadvantages.

Airbornerecovery,asaneffectivemethod,notonlyextendsthecombatradiusofUAVsbut

alsoenhancestheiroperationalefficiency.Thispaperconductsanin-depthanalysisofthe

currentstatusofairbornerecoverybothdomesticallyandinternationally.Itproposesanovel

overallschemeofairbornerecoverableextendableboomstructureforaircraft,optimizingthe

structuretoaddressexistingissues,aimingtoachievethecaptureandrecoveryofUAVsin-

flightwithoutstopping.

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