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风切变对舰载系留无人机系统动力学响应的影响研究
1
作者
张素侠
朱清荣
吴思琛
《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》
北大核心
2025年第10期1069-1075,共7页
舰载系留无人机工作在海洋上,必定会受到海洋上风的作用.海洋风场中存在着垂直切变现象.为探究垂直切变对舰载系留无人机系统动力学响应的影响,本文忽略大气层结状态以及边界层厚度等因素,采用指数律模型来描述海洋风场的垂直切变,同时...
舰载系留无人机工作在海洋上,必定会受到海洋上风的作用.海洋风场中存在着垂直切变现象.为探究垂直切变对舰载系留无人机系统动力学响应的影响,本文忽略大气层结状态以及边界层厚度等因素,采用指数律模型来描述海洋风场的垂直切变,同时由于无人机与缆绳相互耦合,因此将无人机平台看作系留缆绳上端点的边界条件;将舰船的垂荡运动看作缆绳下端点的垂向激励,建立了垂直切变风场下舰载系留无人机系统的动力学模型,计算了不同切变指数下缆绳各位置处的最大张力以及无人机运动速度与位移,分析了切变指数对缆绳最大张力和无人机运动的影响.结果表明:最大张力沿缆绳的分布呈现非线性上升趋势;与不考虑切变的情况相比,切变指数为0.30时上端点的最大风速增大为1.37倍,缆绳最大张力减小了11.4%,说明风切变的影响不可忽略;3种风速下缆绳最大张力均呈现先减小后增大的趋势,即缆绳最大张力都存在极小值,并且风速越大,缆绳张力曲线极小值处的切变指数越小;切变指数增加不会改变无人机的运动性质,无人机始终为倍周期运动,但会改变无人机的偏移量,在计算参数范围内,水平最大偏移增大了9.4 m,竖直最大偏移减小了3.1 m,以水平偏移为主.研究结果明确了风切变对舰载系留无人机系统的影响规律,为舰载系留无人机系统的工程设计与安全工作提供了参考.
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关键词
垂直切变
舰载
系留无人机系统
动力学响应
缆绳张力
无人机
运动
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职称材料
系留无人机系统冲击张力实验研究
被引量：
3
2
作者
何伟
张素侠
+3 位作者
李亚泽
刘洪德
刘浩浩
程远
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期1448-1457,共10页
系留无人机中缆绳的松弛-张紧变化可能会产生冲击张力,导致缆绳断裂和无人机失控坠毁,对于该冲击张力现象亟待实验研究.为此,在风洞中开展了系留无人机系统冲击张力实验,通过分析不同结构和环境参数下系留无人机系统动力学响应数据,揭...
系留无人机中缆绳的松弛-张紧变化可能会产生冲击张力,导致缆绳断裂和无人机失控坠毁,对于该冲击张力现象亟待实验研究.为此,在风洞中开展了系留无人机系统冲击张力实验,通过分析不同结构和环境参数下系留无人机系统动力学响应数据,揭示冲击张力的变化规律.依据光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器可受拉受压的测试特点,提出判断缆绳松弛-张紧的准则.通过分析缆绳松弛-张紧随位置的分布图发现,随着缆绳长度减小、直径减小或风速增大,发生松弛-张紧的位置会减少或消失.测试了缆绳长度、直径和环境风速对冲击张力的影响,结果发现,缆绳长度越长、缆绳直径越大、环境风速越大,缆绳张力也越大.同时发现,张力在缆绳与无人机的连接点达到最大,该张力作用会影响无人机的稳定运动,不利于系统的正常工作及安全飞行.在实际需求前提下,在结构设计时可选用长度较小或直径较小或抗拉强度较大的缆绳,同时对缆绳和无人机的连接点加强保护,从而确保系统的稳定性和安全性.
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关键词
系留无人机系统
松弛-张紧
冲击张力
光纤布拉格光栅
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职称材料
题名
风切变对舰载系留无人机系统动力学响应的影响研究
1
作者
张素侠
朱清荣
吴思琛
机构
天津大学机械工程学院
天津市非线性动力学与控制重点实验室
车用动力系统全国重点实验室
出处
《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》
北大核心
2025年第10期1069-1075,共7页
基金
国家自然科学基金资助项目(51479136)
天津市自然科学基金资助项目(17JCYBJC18700)
装备预研基金重点资助项目(61403110101).
文摘
舰载系留无人机工作在海洋上,必定会受到海洋上风的作用.海洋风场中存在着垂直切变现象.为探究垂直切变对舰载系留无人机系统动力学响应的影响,本文忽略大气层结状态以及边界层厚度等因素,采用指数律模型来描述海洋风场的垂直切变,同时由于无人机与缆绳相互耦合,因此将无人机平台看作系留缆绳上端点的边界条件;将舰船的垂荡运动看作缆绳下端点的垂向激励,建立了垂直切变风场下舰载系留无人机系统的动力学模型,计算了不同切变指数下缆绳各位置处的最大张力以及无人机运动速度与位移,分析了切变指数对缆绳最大张力和无人机运动的影响.结果表明:最大张力沿缆绳的分布呈现非线性上升趋势;与不考虑切变的情况相比,切变指数为0.30时上端点的最大风速增大为1.37倍,缆绳最大张力减小了11.4%,说明风切变的影响不可忽略;3种风速下缆绳最大张力均呈现先减小后增大的趋势,即缆绳最大张力都存在极小值,并且风速越大,缆绳张力曲线极小值处的切变指数越小;切变指数增加不会改变无人机的运动性质,无人机始终为倍周期运动,但会改变无人机的偏移量,在计算参数范围内,水平最大偏移增大了9.4 m,竖直最大偏移减小了3.1 m,以水平偏移为主.研究结果明确了风切变对舰载系留无人机系统的影响规律,为舰载系留无人机系统的工程设计与安全工作提供了参考.
关键词
垂直切变
舰载
系留无人机系统
动力学响应
缆绳张力
无人机
运动
Keywords
vertical shear
shipborne tethered unmanned aerial vehicle(UAV)system
dynamics response
cable tension
drone motion
分类号
O313 [理学—一般力学与力学基础]
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职称材料
题名
系留无人机系统冲击张力实验研究
被引量：
3
2
作者
何伟
张素侠
李亚泽
刘洪德
刘浩浩
程远
机构
天津大学机械工程学院力学系
天津市非线性动力学与混沌控制重点实验室
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期1448-1457,共10页
基金
国家自然科学基金(51479136)
天津市自然科学基金(17JCYBJC18700)资助项目。
文摘
系留无人机中缆绳的松弛-张紧变化可能会产生冲击张力,导致缆绳断裂和无人机失控坠毁,对于该冲击张力现象亟待实验研究.为此,在风洞中开展了系留无人机系统冲击张力实验,通过分析不同结构和环境参数下系留无人机系统动力学响应数据,揭示冲击张力的变化规律.依据光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器可受拉受压的测试特点,提出判断缆绳松弛-张紧的准则.通过分析缆绳松弛-张紧随位置的分布图发现,随着缆绳长度减小、直径减小或风速增大,发生松弛-张紧的位置会减少或消失.测试了缆绳长度、直径和环境风速对冲击张力的影响,结果发现,缆绳长度越长、缆绳直径越大、环境风速越大,缆绳张力也越大.同时发现,张力在缆绳与无人机的连接点达到最大,该张力作用会影响无人机的稳定运动,不利于系统的正常工作及安全飞行.在实际需求前提下,在结构设计时可选用长度较小或直径较小或抗拉强度较大的缆绳,同时对缆绳和无人机的连接点加强保护,从而确保系统的稳定性和安全性.
关键词
系留无人机系统
松弛-张紧
冲击张力
光纤布拉格光栅
Keywords
tethered unmanned aerial vehicle system
slack-taut
impact tension
fiber Bragg grating
分类号
V279 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
风切变对舰载系留无人机系统动力学响应的影响研究
张素侠
朱清荣
吴思琛
《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
系留无人机系统冲击张力实验研究
何伟
张素侠
李亚泽
刘洪德
刘浩浩
程远
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
3
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职称材料
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