[发明专利]一种小型无人机撞网吸能回收装置的设计方法

摘要

本发明公开了一种小型无人机撞网吸能回收装置，四根竖杆、两根第一横杆和两根第二横杆共同组成一个安装支架，一张软网通过多根弹簧安装在该支架上。本发明还公开了一种小型无人机撞网吸能回收装置的设计方法，包括以下步骤：计算无人机动能；计算弹簧结构参数，包括弹簧塑性能、弹簧塑性拉伸长度、弹簧丝长度。本发明所述小型无人机撞网吸能回收装置采用拉伸弹簧作为吸能部件，通过弹簧的塑性变形吸收无人机动能，其结构简单、便于制作、成本低廉、便于应用，并在确保安全回收小型无人机的同时尽量节约材料，降低成本，效果显著。

主权项

1.一种小型无人机撞网吸能回收装置的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)计算无人机动能：撞网时刻无人机飞行速度V₀，无人机质量m，通过公式(1)计算无人机动能：式中，U_uav为无人机撞网时刻的动能，单位J；(2)计算弹簧结构参数，包括以下步骤：(2.1)设定弹簧数量n、弹簧簧丝直径d、弹簧圈数n_s；(2.2)计算每根竖杆弹性能U_re；计算方法为：竖杆受弹簧拉力产生弹性变形，通过公式(2)计算每根竖杆的应变能：式中：U_re为竖杆在弹性段的应变能，单位J；M_re为竖杆横截面的弯矩，单位m².N；G_r为竖杆材料的剪切模量，单位P_a；J_rp为竖杆横截面的极惯性距，单位m⁴；l_r为竖杆高度，单位m；(2.3)计算每个弹簧弹性能U_se；计算方法为：通过公式(3)计算每个弹簧在弹性段的应变能：式中：U_se为弹簧在弹性段的应变能，单位J；M_se为弹簧簧丝开始屈服时刻对应的簧丝横截面的扭矩，单位m².N；G_s为弹簧簧丝的剪切模量，单位P_a；J_sp为弹簧簧丝横截面的极惯性距，单位m⁴；l为弹簧簧丝长度，单位m；(2.4)由弹簧数量、竖杆弹性能U_re和弹簧弹性能U_se计算弹簧塑性能U_sp；计算方法为：通过公式(4)计算弹簧塑性段的应变能：式中：N为竖杆数量，n为弹簧数量；(2.5)判断弹簧塑性能U_sp是否小于等于零；(2.6)若步骤(2.5)的判断结果为是，则返回步骤(2.1)，或减小弹簧数量n，或减小弹簧簧丝直径d，或者减小弹簧圈数n_s；(2.7)若步骤(2.5)的判断结果为否，则由弹簧塑性能U_sp计算弹簧簧丝扭转角变化ΔΦ；计算方法为：假设弹簧簧丝为理想塑性材料，通过公式(5)计算弹簧簧丝塑性段的扭转角增量：式中：ΔΦ为弹簧簧丝塑性段的扭转角增量；T_se为弹簧簧丝塑性段扭转力矩，单位N.m；(2.8)由弹簧簧丝直径d、弹簧数量n计算弹簧中径D；计算方法为：通过公式(6)计算弹簧中径：式中：D为弹簧中径，单位m；τ_se为弹簧簧丝剪切屈服强度，单位P_a；d为弹簧簧丝直径，单位m；n_g为无人机回收最大过载；g为重力加速度，单位m/s²；m为无人机质量，单位kg；n为弹簧数量；(2.9)由簧丝扭转角变化ΔΦ、弹簧中径D计算弹簧塑性拉伸长度H；计算方法为：通过公式(7)计算弹簧塑性拉伸长度：式中：H为弹簧塑性拉伸长度，单位m；(2.10)由弹簧圈数n_s计算弹簧丝长度L；(2.11)判断弹簧塑性拉伸长度H是否大于弹簧丝长度L；(2.12)若步骤(2.11)的判断结果为是，则返回步骤(1)，或增大弹簧数量n，或增大弹簧簧丝直径d，或者弹簧圈数n_s；(2.13)若步骤(11)的判断结果为否，则完成弹簧结构参数计算。