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沖擊是指在遠(yuǎn)短于系統(tǒng)固有振動(dòng)周期的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)部的部件狀態(tài)或外部的環(huán)境發(fā)生突然變化。強(qiáng)沖擊會(huì)使系統(tǒng)功能失效或損壞，研究沖擊具有重要意義。
為了確定某型無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)在回收著陸時(shí)的劇烈沖擊作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全合理性，有必要對(duì)該型無(wú)人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊下的動(dòng)響應(yīng)有限元分析。本文將運(yùn)用結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)分析的有限元法，對(duì)某型無(wú)人機(jī)回收著陸機(jī)體結(jié)構(gòu)的動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分析。
無(wú)人機(jī)的回收方式多種多樣，回收技術(shù)仍在不斷改進(jìn)之中。傘降回收多用于中小型無(wú)人機(jī)，技術(shù)比較成熟，對(duì)操作人員要求不高，回收安全可靠。
某型無(wú)人機(jī)采用回收傘來(lái)減緩其下降速度，接近地面時(shí)的下降速度約為6m/s，在機(jī)體腹部裝有滑橇，滑橇的主要部件為緩沖器，用于吸收無(wú)人機(jī)在著陸過(guò)程中與地面撞擊的能量。
全機(jī)共布置43個(gè)點(diǎn)，其中機(jī)身11個(gè)點(diǎn)、機(jī)翼20個(gè)點(diǎn)、平尾8個(gè)點(diǎn)、垂尾4個(gè)點(diǎn)，如圖所示。本試驗(yàn)采用美國(guó)PCBM356A16三向加速度傳感器，在右機(jī)翼翼尖、左右平尾中部及機(jī)身中部4處各裝置1只傳感器。無(wú)人機(jī)分別從距地面290mm、440mm、740mm3種不同高度墜撞地面，3種高度的落地墜撞速度分別為2.4m/s、2.9m/s、3.8m/s。圖為7測(cè)點(diǎn)3.8m/s速度下的加速度時(shí)間歷程，求得加速度峰峰值。在MSC.PATRAN中建立某型無(wú)人機(jī)的響應(yīng)有限元模型，使用剛性平面來(lái)模擬地面，使用4個(gè)彈簧單元模擬緩沖器來(lái)連接機(jī)體與剛性平面。有限元模型共7511個(gè)節(jié)點(diǎn)，為了計(jì)算方便，提高計(jì)算效率，采用機(jī)體固定、剛性平面相對(duì)機(jī)體運(yùn)動(dòng)的方式模擬沖擊過(guò)程。有限元模型如圖所示。
對(duì)某型無(wú)人機(jī)與地面碰撞進(jìn)行數(shù)值仿真，得到機(jī)上典型位置的加速度時(shí)間歷程，碰撞速度分別為2.4m/s、2.9m/s及3.8m/s。將仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并在此基礎(chǔ)上對(duì)某型無(wú)人機(jī)的回收沖擊響應(yīng)進(jìn)行分析，得到機(jī)上典型位置的加速度時(shí)間歷程。計(jì)算時(shí)未考慮碰撞阻尼，在仿真結(jié)果的加速度時(shí)間歷程曲線上表現(xiàn)為加速度幅值沒(méi)有隨著時(shí)間衰減。這是由于加入碰撞阻尼后會(huì)給計(jì)算帶來(lái)很大困難，計(jì)算效率很低。而本文主要關(guān)心的是碰撞初期的加速度值，忽略阻尼不會(huì)影響其結(jié)果。表3種不同著陸碰撞速度時(shí)仿真與測(cè)試結(jié)果（峰峰值）。由表中可看出，數(shù)值仿真與試驗(yàn)加速度峰峰值結(jié)果有較良好的一致性，從而說(shuō)明有限元模型是能表征真實(shí)機(jī)體的動(dòng)態(tài)特性。
某型無(wú)人機(jī)回收時(shí)用回收傘減緩下降速度，著陸時(shí)與地面撞擊速度約為6m/s，使用MSC.Dytran對(duì)著陸碰撞進(jìn)行仿真，圖為機(jī)上主要位置點(diǎn)加速度的時(shí)間歷程。經(jīng)分析可知，某型無(wú)人機(jī)著陸時(shí)最大受到向上75g加速度的沖擊。
本文通過(guò)有限元程序的數(shù)值模擬仿真，結(jié)合試驗(yàn)分析，對(duì)無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)的沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)3種墜撞速度的機(jī)體沖擊反應(yīng)進(jìn)行仿真，將其結(jié)果與沖擊測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，一致性較高，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)分析了回收沖擊響應(yīng)，為下一階段該型無(wú)人機(jī)回收沖擊強(qiáng)度校核提供了可靠依據(jù)。
進(jìn)行回收沖擊響應(yīng)分析時(shí)，未考慮緩沖器的阻尼，導(dǎo)致仿真分析結(jié)果中加速度幅值是發(fā)散的。今后須對(duì)緩沖器進(jìn)一步研究，使仿真結(jié)果更能反映真實(shí)情況。
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