柔性拦截网空中开网动力学建模与仿真

卞伟伟,贾彦翔,刘 亮,邱旭阳

(北京机械设备研究所,北京 100854)

柔性拦截网系统通过向“低慢小”目标抛射一张柔性网以实现对目标“软杀伤”的物理拦截,其性价比和可靠性较高[1-3]。根据柔性拦截网发射位置不同,又主要分为地面发射捕获和无人机空中捕获。例如,英国OpenWorks公司研发的Skywall100武器系统通过肩扛式发射装置发射绳网来进行无人机的直接拦截和捕获,荷兰Delft Dynamics公司研制的“无人机捕手”通过采用攻击型无人机发射绳网实现对非合作无人机目标的防护与压制。此外,还有美国密歇根理工大学研制的多旋翼无人机柔性网捕获系统与国内航天科工二院206所研发的“低慢小”天网拦截系列系统[4-6]。

目前,针对柔性拦截网的研究工作也有一些进展,如针对拦截网作用过程进行动力学建模与仿真分析,以期采用柔性拦截网拦截鱼雷[7]。而在动力学建模、动力学特性、地面抛射试验、地面碰撞试验有限元仿真、飞网抛射参数影响作用、目标捕获过程和飞网释放与控制方法等方面[8-15],很多学者针对空间柔性飞网开展研究工作,这无疑对于柔性拦截网的理论研究工作具有一定的参考作用。

不同于空间环境,柔性拦截网空中展开过程处于超低空(一般处于100 m左右,不超过1 km),因气动作用复杂,存在短时间内动态变化剧烈、流固耦合严重等现象,因此柔性拦截网展开存在很大的不确定性[16]。为了评估各因素对柔性拦截网开网效果的影响,本文建立了柔性绳索动力学模型,确定了控制方程的有限元求解方法,并以四边形柔性拦截网为例进行了数值仿真。……