葛东东¹，聂 宏^1，2，魏小辉^1，2

(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)

基金项目：国防卓越青年科学基金资助项目（2018-JCJQ-ZQ-053）；机械结构力学及控制国家重点实验室(南京航空航天大学)自主研究课题资助项目（MCMS-0217G01）

作者简介：葛东东（1995—），男，硕士研究生，主要研究方向为飞行器起降装置设计，871947475@qq.com.

摘要：为了降低无人靶机在低空掠海飞行过程中因擦浪对靶机造成的危害，设计了一套缓冲机构，用于降低无人靶机受到的过载，并通过控制模块对擦浪缓冲过程中靶机俯仰姿态进行控制。基于多刚体动力学，建立掠海型无人靶机擦浪过程的动力学模型，并基于MATLAB/Simulink搭建了仿真模型，运用成熟的动力学仿真软件LMS Virtual.Lab Motion建立掠海型无人靶机擦浪缓冲的仿真模型，将二者的仿真结果进行对比，验证动力学模型的准确性，分析缓冲机构的缓冲性能，并针对缓冲结束后靶机的俯仰角进行控制。结果表明：该擦浪缓冲系统有效地降低了无人靶机机体过载，在下沉速度为8 m/s工况下，过载峰值均小于50 g；通过控制环节，将靶机机体俯仰角均控制在5°以内。

关键词：掠海型；无人靶机；缓冲；仿真计算；姿态控制

中图分类号：V279+.1    文献标识码：B   文章编号：2095-509X(2020)06-0068-04

无人靶机是无人机家族中的一个重要分支，主要用途是模拟作战飞机、导弹等对目标进行攻击的过程，为防空武器系统的试验和训练提供逼真的空中靶标，是防空武器系统研制、实验、鉴定以及训练中不可缺少的重要保障性器材^［1］。掠海飞行可以大大增加隐蔽性。与此同时，带来的问题却是无人靶机可能会在掠海飞行的过程中与海平面接触^［2］。由于靶机存在竖直方向的分速度，触水碰撞将产生巨大的过载，有可能导致靶机损坏。而通过在无人靶机机体下部加装一套缓冲机构，就有可能允许无人靶机在掠海飞行过程中出现擦浪。冲浪板在触水后，通过主副摇臂将载荷向上传递，从而压缩缓冲器。缓冲器的主要功能是油液流经小孔后，油液阻尼力使油液升温，而吸收碰撞所产生的能量，从而降低传递到无人靶机机身上的载荷。因此提高掠海型无人靶机的超低空飞行能力尤为关键^［3］。

1擦浪缓冲机构设计

设计缓冲机构的目的是将作用于无人靶机机身上的垂向加速度减小到某一设计值以下。为了防止擦浪过程中溅起的海水浸湿机身，损坏相关的电气设备，冲浪板的高度应当受到限制。综上考虑，无人靶机擦浪缓冲机构的设计^［4］要求如下：

1）合理设计缓冲器，使缓冲器具有较好的缓冲性能，能够将作用于无人靶机机身上的垂向加速度减小到某一设计值以下，规定垂向过载小于50 g；

2）合理布置机构的垂向位置，保证在缓冲过程中，缓冲器压缩量最大时，冲浪板下后缘与无人靶机机体下沿的距离不小于200 mm，即整个缓冲过程中，冲浪板应始终位于上边界安全位置以下；

3）考虑到高速飞行过程中，打开冲浪板会产生很大的气动阻力，在无人机飞行任务前段，应当保证冲浪板为关闭状态，即冲浪板应当与无人靶机外形共形。

本文以中国航天科工集团第三研究院研制的WJ-500中型高速无人机为背景^［5］，设计一套缓冲机构，带有擦浪缓冲机构的无人靶机如图1所示。