[发明专利]一种螺旋桨无人机箱内发射仿真方法

说明书

本发明涉及一种螺旋桨无人机箱内发射仿真方法，将螺旋桨无人机箱内发射过程分为四个阶段，分别为箱内滑行阶段、空中火箭助推阶段、无动力滑翔阶段和螺旋桨作用阶段，得到螺旋桨无人机在发射过程中每个阶段的六自由度模型，为计算无人机在发射过程中姿态、高度、速度等信息提供了一种仿真方法。

技术领域

本发明涉及无人机发射研究技术领域，尤其涉及一种螺旋桨无人机箱内发射仿真方法。

背景技术

目前，通过火箭助推的螺旋桨无人机多采用地面发射架发射的方式，或者将螺旋桨无人机推出发射箱发射的方式，该种发射方式称为零长发射，在无人机发射前螺旋桨随发动机转轴旋转，这种发射方式简单易操作，但运输不便、展开时间长，所以提出了将螺旋桨无人机直接由箱内点火发射的需求。

螺旋桨无人机在发射箱内直接发射的方式，由于箱内空间的限制，螺旋桨在箱内水平固定在无人机上，在发射箱内起动发动机，此时离合器处于分离状态，螺旋桨不随发动机转轴转动，无人机通过火箭助推发射，在无人机出箱后，离合器啮合，螺旋桨随发动机转轴转动为无人机提供推力。在螺旋桨无人机箱内发射过程中，涉及到无人机发射角度、爬升角度、火箭安装角度、离合器啮合时间、飞行速度、反扭矩等对无人机的发射安全起关键影响的因素。真实无人机箱内发射试验的成本较大，仿真的方式具有可重复性、经济性好等特点，是研究螺旋桨无人机箱式发射的重要试验手段，在现有的技术中，尚无螺旋桨无人机箱内发射的相关专利。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种螺旋桨无人机箱内发射仿真方法，能够解决现有技术无法对螺旋桨无人机箱内发射过程仿真的技术问题，能够验证螺旋桨无人机箱内发射过程中对飞行安全性能起重要影响的因素。

技术方案

一种螺旋桨无人机箱内发射仿真方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：螺旋桨无人机箱内发射的第一个阶段为箱内滑行阶段，在无人机发射前，无人机通过上下适配器固定在发射箱内，螺旋桨水平固定在无人机上，发动机在发射箱内起动，离合器处于分离状态，发动机转轴高速旋转而螺旋桨不转，助推火箭通过一定的安装角度固定在无人机上；无人机发射后，助推火箭点火助推，无人机同上下适配器在发射箱滑轨上滑动并一同出箱，计算无人机在箱内滑行时间和无人机完全出箱时的速度；

把箱内滑行阶段的无人机同上下适配器当成一个整体，将无人机的运动视作均加速直线运动，建立无人机机体运动方程：

式中，T为助推火箭的推力，θ_r为助推火箭与无人机的纵向安装角，即火箭推力线与无人机机体纵轴OX的纵向夹角，μ为无人机上下适配器同发射箱滑轨的摩擦系数，F_n为发射箱箱体对无人机上下适配器的法向作用力，m₀、m₁、m₂分别为无人机、上适配器、下适配器的质量，a为无人机同上下适配器在箱内滑行阶段时的加速度，g为无人机箱内发射点的重力加速度，θ₀为无人机箱内发射的发射角度，即无人机在箱内时的初始俯仰角；

无人机箱内滑行时间式中，L为发射箱滑轨的长度；

无人机完全出箱时的速度

步骤2：螺旋桨无人机箱内发射的第二个阶段为空中火箭助推阶段，无人机在完全出箱后同上下适配器分离，助推火箭继续对无人机进行助推，此时离合器处于分离状态，螺旋桨不随发动机转轴旋转，无人机控制系统控制舵机转动，无人机受到火箭推力、气动力、重力的影响，计算获取无人机在火箭停止助推时的飞行速度、高度和姿态：