前三点式无人机地面建模技术研究

摘要

无人机地面受力情况非常复杂，动力学特性与空中飞行时有很大不同，建立一个准确的地面模型，模拟无人机地面动力学特性，为滑跑控制逻辑提供真实的仿真环境，满足地面过程仿真验证需求，对无人机安全起降具有重要的意义。
　　本文以某型前三点式无人机为对象，在分析了无人机地面滑跑过程的动力学特性后，将起落架缓冲器等效为一个弹簧阻尼系统，根据起落架压缩量与机轮支撑力间的关系，建立了起落架力学模型。在分析摩擦系数与机轮滑移率变化关系后，根据无人机地面侧向运动特点，将侧向运动划分为低速滑跑阶段和高速滑跑阶段。针对低速滑行地面摩擦力大，抵消外界扰动能力强的特点，应用力与力矩平衡机制，设计了三轮侧力分配机制，建立了样例无人机地面低速运动的动力学模型。综合考虑无人机高速滑行时气动效应明显，地面摩擦显著减弱等因素，建立了机轮侧力与侧偏刚度、侧偏角间定量模型，实现了样例无人机高速阶段的地面动力学模拟。
　　在完成样例无人机地面运动摩擦力建模后，根据前轮偏转和后轮刹车两种纠偏机构作用机制，建立了地面摩擦力与前轮偏转角、刹车结合力矩间的动力学模型，模拟了前轮偏转和后轮刹车纠偏过程中的样例无人机地面受力变化过程。
　　完成无人机滑行过程所有动力学分析后，根据惯性空间牛顿动力学与运动学理论，建立了无人机地面动力学模型。仿真结果表明该模型较准确地模拟了无人机地面动力学特性，地面模型准确、可用，满足仿真验证需求。