无人机新型水动力弹射动力学特性

张振华， 吴向阳， 李春萍， 张吉智， 魏列江， 王飞

(1.北京特种机械研究所, 北京 100143； 2.兰州理工大学 能源与动力工程学院, 甘肃 兰州 730050)

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目前，无人机主要采用滑跑、火箭助推和弹射等起飞方式[1-2]。其中，滑跑起飞对跑道长度和地面环境要求较高；火箭助推会产生光、热等物理特征，安全隐蔽性较差；而弹射起飞通过外力作用可显著提高无人机滑行速度，缩短起飞滑行距离，具有机动灵活性好、起飞效率高等优点，是当前中小型无人机较为理想的起飞方式[3]。

自20世纪90年代以来，国内外对无人机弹射起飞的研究以气压、液压(简称气液压)弹射形式为主，并已投入军事应用。其中，英国研制的不死鸟气液压弹射器能够在9 m内将180 kg负载加速至35 m/s[4]. 芬兰Robonic公司研制的气液压弹射系统弹射质量250 kg，弹射速度达55 m/s[5]. 荷兰罗格公司开发的Archer气液压弹射器能够在1 s内将320 kg负载加速至30 m/s[6]. 国内李悦等[7-8]和Huang等[9]数值解析了无人机气液压弹射动力学特性，优化了弹射系统参数并进行了试验验证。刘晓龙等[10]和Liu等[11]基于功率键合图建立了无人机气动弹射系统数学模型，分析了气瓶压力、气缸行程等对弹射性能的影响。卢伟等[12]和黄国勤等[13]基于遗传算法优化了楔形轨道气动弹射系统参数。赵伟等[14-15]基于二维阀构建气液弹射动力系统，系统研究了弹射动态响应、高速液压缸缓冲等关键问题。权凌霄等[16]建立了液压马达驱动气液压弹射系统AMESim仿真模型，分析了影响无人机起飞速度的关键参数。任锐等[17]和姚琳等[18]建立了多级气液弹射数学模型，分析了多级气液混合弹射缸的弹射性能。……