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沖擊是指在遠(yuǎn)短于系統(tǒng)固有振動周期的時間內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)部的部件狀態(tài)或外部的環(huán)境發(fā)生突然變化。強沖擊會使系統(tǒng)功能失效或損壞，研究沖擊具有重要意義。
為了確定某型無人機結(jié)構(gòu)在回收著陸時的劇烈沖擊作用下的動態(tài)響應(yīng)，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全合理性，有必要對該型無人機機體結(jié)構(gòu)進行沖擊下的動響應(yīng)有限元分析。本文將運用結(jié)構(gòu)動響應(yīng)分析的有限元法，對某型無人機回收著陸機體結(jié)構(gòu)的動響應(yīng)進行計算分析。
無人機的回收方式多種多樣，回收技術(shù)仍在不斷改進之中。傘降回收多用于中小型無人機，技術(shù)比較成熟，對操作人員要求不高，回收安全可靠。
某型無人機采用回收傘來減緩其下降速度，接近地面時的下降速度約為6m/s，在機體腹部裝有滑橇，滑橇的主要部件為緩沖器，用于吸收無人機在著陸過程中與地面撞擊的能量。
全機共布置43個點，其中機身11個點、機翼20個點、平尾8個點、垂尾4個點，如圖所示。本試驗采用美國PCBM356A16三向加速度傳感器，在右機翼翼尖、左右平尾中部及機身中部4處各裝置1只傳感器。無人機分別從距地面290mm、440mm、740mm3種不同高度墜撞地面，3種高度的落地墜撞速度分別為2.4m/s、2.9m/s、3.8m/s。圖為7測點3.8m/s速度下的加速度時間歷程，求得加速度峰峰值。在MSC.PATRAN中建立某型無人機的響應(yīng)有限元模型，使用剛性平面來模擬地面，使用4個彈簧單元模擬緩沖器來連接機體與剛性平面。有限元模型共7511個節(jié)點，為了計算方便，提高計算效率，采用機體固定、剛性平面相對機體運動的方式模擬沖擊過程。有限元模型如圖所示。
對某型無人機與地面碰撞進行數(shù)值仿真，得到機上典型位置的加速度時間歷程，碰撞速度分別為2.4m/s、2.9m/s及3.8m/s。將仿真結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比，并在此基礎(chǔ)上對某型無人機的回收沖擊響應(yīng)進行分析，得到機上典型位置的加速度時間歷程。計算時未考慮碰撞阻尼，在仿真結(jié)果的加速度時間歷程曲線上表現(xiàn)為加速度幅值沒有隨著時間衰減。這是由于加入碰撞阻尼后會給計算帶來很大困難，計算效率很低。而本文主要關(guān)心的是碰撞初期的加速度值，忽略阻尼不會影響其結(jié)果。表3種不同著陸碰撞速度時仿真與測試結(jié)果（峰峰值）。由表中可看出，數(shù)值仿真與試驗加速度峰峰值結(jié)果有較良好的一致性，從而說明有限元模型是能表征真實機體的動態(tài)特性。
某型無人機回收時用回收傘減緩下降速度，著陸時與地面撞擊速度約為6m/s，使用MSC.Dytran對著陸碰撞進行仿真，圖為機上主要位置點加速度的時間歷程。經(jīng)分析可知，某型無人機著陸時最大受到向上75g加速度的沖擊。
本文通過有限元程序的數(shù)值模擬仿真，結(jié)合試驗分析，對無人機結(jié)構(gòu)的沖擊動力學(xué)問題進行研究，對3種墜撞速度的機體沖擊反應(yīng)進行仿真，將其結(jié)果與沖擊測試結(jié)果進行比較，一致性較高，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測分析了回收沖擊響應(yīng)，為下一階段該型無人機回收沖擊強度校核提供了可靠依據(jù)。
進行回收沖擊響應(yīng)分析時，未考慮緩沖器的阻尼，導(dǎo)致仿真分析結(jié)果中加速度幅值是發(fā)散的。今后須對緩沖器進一步研究，使仿真結(jié)果更能反映真實情況。
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