无人机桥梁检测被动碰撞安全性数值分析
随着无人机在桥梁检测行业的广泛使用，由于复杂的桥梁检测工作环境影响，无人机的主动避障功能失效，或者检测人员操纵失误，造成无人机与桥梁之间经常发生被动碰撞的事故，从而导致无人机结构的损坏。 规范和限制无人机桥梁检测时的运营条件、限制无人机的飞行状态，当无人机碰撞事故不可避免的发生之后，应该如何最大程度的减少碰撞造成的损害，是相关无人机桥梁检测规范和无人机安全飞行手册制定时应考虑的重要问题，也是无人机被动碰撞防护装置设计时应考虑的重点。因此，结合无人机桥梁检测实际情况，本文运用数值模拟的方法，围绕无人机的被动碰撞问题，开展了无人机多工况，复杂环境下的被动碰撞研究。本文主要研究内容如下： （1）通过信息检索，本文调查了目前占有国内主要市场份额的多家无人机厂商旗下60余种航拍无人机的性能参数（质量、轴距、最大飞行速度等）。并按照国家标准，对搜集到的无人机性能参数进行统计分类，调查发现，目前我国的航拍无人机主要是轻型无人机（最大起飞质量小于7kg）和小型无人机（最大起飞质量小于25kg）。 （2）根据调查得到的无人机性能参数，运用Catia绘图软件以及Hypermesh、ANSYS-workbrench、Fluent、Ls-dyna等建模软件，建立了轻型和小型两类无人机的数值模型，并验证了无人机数值模型的可靠性和计算精度。 （3）开展了无人机多工况碰撞桥梁壁面的数值模研究。研究表明，相比于无人机俯仰角度的改变，无人机偏航方向姿态角度的改变对无人机的碰撞冲击载荷影响更大。相比于无人机撞击平面桥梁壁面，无人机撞击圆形曲率壁面时，冲击载荷的峰值变化不大，但是撞击的作用时间增加，因此，更容易造成无人机结构的损伤。此外，当无人机在外界风载荷作用下与桥梁发生碰撞时，若风的作用方向与无人机碰撞速度同向，无人机和桥梁碰撞的冲击力将显著大于无风的影响，最大增幅可达18%。 （4）试算了无人机垂直坠地的碰撞响应，根据无人机的损伤情况，确定了无人机的坠地安全冲击过载值。运用Ls-dyna软件初步设计了一个小型无人机防撞安全气囊，并对安全气囊参数进行变参研究。以无人机安全冲击过载为优化目标，通过构建无人机过载和气囊参数的响应面模型，并采用遗传算法优化气囊参数，得到了最佳的气囊参数组合。研究发现，配备气囊后，无人机坠地的过载峰值远小于无气囊坠落的情况，气囊缓冲效果显著。
无人机;桥梁检测;被动碰撞;防撞安全气囊
重庆交通大学
硕士
力学
张晓东
2023
中文
V279;V244.11
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）