无人机折叠翼展开动力学分析

张钦1，聂宏1,2，张明1,2，张丹丹1

(1.南京航空航天大学 飞行器先进设计技术国防重点学科实验室，江苏 南京210016)

(2.南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏 南京210016)

    折叠翼的展开性能关系着箱式发射无人机在发射后能否正常的飞行。以箱式发射无人机折叠翼为研究对象，根据其结构及工作原理，建立展开机构运动的微分方程；利用LMS Virtual.Lab建立展开动力学模型，分析机翼在不同扭簧刚度下的展开过程，得到机翼展开角度、角速度、角加速度和冲击载荷曲线；利用橡胶进行减振并探讨阻尼系数对减振效果的影响。结果表明：机翼能够在设计要求的时间内展开到位并锁定，加入橡胶后的冲击载荷降低了46.7%，随着橡胶阻尼系数的增加，振动逐渐减弱。

    随着无人驾驶飞行器（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）在飞行器家族中的发展壮大，其在各行各业表现出的优秀的多用途能力和特种能力备受重视［1-2］。折叠翼无人机是将折叠机翼技术应用到无人机上，可在其储存、发射、飞行、回收阶段通过机翼的折叠、展开改变无人机的空间几何尺寸，改善其储存运输性能、发射回收性能和气动性能［3］。

    近年来, 折叠机翼越来越多地见诸于各类无人机的设计方案中。诺斯罗普·格鲁曼公司研制的X-47B无人舰载战斗机采用铰链多连杆形式的折叠机构［4］，在机库储存和舰上停靠时将机翼向上折叠130°，可以有效地节省舰载空间；洛克希德·马丁公司研制的“鸬鹚”［5］潜射无人机能将机翼沿分离面转轴上下折叠并装入潜艇的导弹发射筒之中，通过机械导轨弹射而出；美国陆军研究所研制的炮射无人机(GLUAV)采用前翼向后、后翼向前紧贴机身折叠的方式，可装入81~155mm增程制导炮弹之中［6］，由炮弹发射至目标区域，投放并执行任务。目前，国内对折叠机翼无人机的研究主要集中在飞机结构和总体气动特性上（如变体飞机折叠机翼作动机构的设计，模型风洞试验［7］），对折叠展开机构运动仿真的研究还很少。

    本文基于大展弦比箱式发射无人机，建立其机翼折叠展开机构，采用理论分析与动力学仿真相结合的方法对机翼的展开运动特性进行研究，探讨了展开机构动力源——扭簧的刚度对展开时间和冲击载荷的影响；利用橡胶进行减振，探讨了橡胶阻尼系数对减振效果的影响。 1折叠展开机构

1.1折叠展开机构的结构

    机翼折叠展开机构包括翼面、展开动力源、展开机构、限位机构与锁定机构等部分［8］。某型无人机的机翼展开机构如图1所示。根据任务要求......

作者简介：张钦（1990—），男，辽宁阜新人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为折叠翼无人机结构设计。
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