无人机液压弹射装置能源系统仿真研究

　　无人机液压弹射起飞方式是20世纪90年代国际上发展起来的一种先进的导轨弹射起飞方式,这种起飞方式不需要滑跑跑道;当无人机下部安装有精密的探测仪器吊舱时,无人机采用此方式发射具有可行性;液压弹射起飞与常用的火箭助推起飞方式相比,具有安全隐蔽性好、经济性好、适应性好等优点;这种发射方式可适用于不同起飞重量和起飞速度的无人机发射要求,使得同一台发射装里可以发射不同种类的无人机;液压弹射起飞装里可安装在车上,具有良好的机动灵活性;此装置可适用于各类低速、中小型无人机的机动性导轨发射。液压能源系统作为无人机液压弹射装置的核心部分,为无人机弹射起飞提供动力。因此,能源系统的研究对整个装置的设计和改进具有重要的意义。

　　目前,国内在液压弹射装!方面的研究比较少。吴泊宁等在液压弹射装置能源系统的应用一文中,侧重于对能源系统性能参数的计算分析,选择满足性能的参数,给出了在卸荷阀打开前的液压系统的工作情况,并未对系统的整个过程进行分析。

　　笔者在参考文献^[2]的同时对能源系统进行了深入的研究,通过建立模型,分析了却荷阀打开前、后液压缸活塞运动情况和在不同的油液体积弹性模量下的速度和位移特性,并给出了同一弹射装里发射不同质量的无人机时在不同的工作压力下的起飞速度,为进一步改进系统提供了参考。

　　1无人机液压弹射装置能源系统工作原理

　　由于能源系统在短时间内为无人机加速提供动力,因此用蓄能器存储能量,在无人机发射时由蓄能器释放能量推动液压缸,从而为无人机的加速提供动力。由此思路设计的液压能源系统工作的原理图如图1所示,其工作过程主要由充压过程、发射过程和卸荷过程3个部分组成。

　　当无人机发射前,由冷气瓶向蓄能器气腔充人氮气使蓄能器气囊内的压力达到规定压力。液压泵向蓄能器充人高压油直至达到无人机发射所需要的压力,当压力高于需要的压力时,溢流阀打开溢流,从压力表读取压力值,当压力达到无人机发射所需压力时,充压阶段完成。发射时,二位二通阀接通,蓄能器气囊膨胀,排出大流量的高压油驱动液压缸活塞运动。无人机通过增速机构与液压缸连接,在滑轨上加速运动。当活塞的速度达到要求值时,即无人机加速到需要的起飞速度时,无人机脱离导轨,卸荷阀接通,蓄能器的高压油液通过卸荷阀流回油箱。同时,二位三通阀接通,液压缸的回油路切换到节流阀位置,回油的液阻增大,液压缸活塞压缩油液减速,经震荡后停止。

　　2系统仿真模型的建立

　　笔者采用功率键合图法建立能源系统的动态数学模型。功率键合图是以系统元件间的动态功率交换作为研究对象，把其中的势变量和流变量的动态特性纳人到系统设计范围中，用一种有限符号构成的双信号流图。从能量关系看，功率键合图可用来反映系统中功率的传递、贮存、转化、耗散以及系统中参变量之间的关系，功率键合图形象直观，而且能方便地考虑液压系统中油管的容性、感性和阻性效应，还能克服非线性带来的困难，可以十分方便地建立用来描述系统的动力学方程组，利用功率键合图法建立的数学模型与实际情况接近。为了研究问题的方便，作如下的简化: