降落伞拉直过程的动力学仿真与试验

史文辉， 陈 曦*， 陈允浩， 盛思佳

(1.南京理工大学机械工程学院， 南京 210094； 2.宏光空降装备有限公司， 南京 210022；3.陆军装备部驻南京地区第一军事代表室， 南京 210024)

无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作的航空器[1]。无人机常用的回收方式有伞降回收、撞网回收、自行着陆回收和绳钩回收等[2]。其中，伞降回收由于总体布置简单、质量小、对其他系统依赖度低等特点被广泛采用[3]。无人机伞降回收主要分为如下几个阶段：①无人机平稳飞行；②伞舱打开，降落伞拉直；③降落伞充气；④无人机降落。其中，降落伞拉直阶段和降落伞充气阶段一直是航空领域的研究热点。相比于降落伞充气阶段，拉直阶段的研究更加困难，因此关于降落伞拉直阶段的研究文献较少。但是，降落伞的拉直过程本质属于绳系动力学，而关于绳系动力学的研究近年来一直是一个热点[4]。

降落伞的拉直过程短暂而又复杂，涉及十几个动作。对于该过程的研究最早出现在20世纪70年代。McVey等[5]提出了连续拉直模型，该模型假设拉直过程中伞绳始终处于直线状态，计算得到的拉直力与实际较为符合。Shen等[6]建立了火星减速系统的6自由度数学模型，并加入追踪控制率，对火星进入、下降与着陆(entry, descent and landing,EDL )任务中进入段和降落伞减速段的系统全弹道进行了仿真分析。Enrique等[7]基于填充时间膨胀模型和Ludtke的面积定律，精确计算在降落伞打开期间的结构载荷和应力。……