系留无人机结构简单、成本低,适合长时间工作,在救灾通信、侦查监视等方面具有重要的应用前景。要保证系留无人机在舰船等不同平台上正常工作,就要研究其在不同条件下的动力学响应,这对系缆设计和无人机控制具有重要意义。本文对周期风和系留点激励下的系留无人机运动响应进行了数值模拟,分析了系缆张力、系缆伸长量以及无人机运动的规律,并对系留点激励下的系留无人机进行了初步的实验研究。具体的研究工作包括以下几个方面:(1)建立系缆的静态构型作为运动响应数值模拟的初始条件,将无人机处理为系缆顶端的边界条件,建立系留无人机运动模型并确定了数值求解方法。(2)对周期风场中的系留无人机进行了数值模拟,探讨了系缆的抗拉刚度、无人机质量、初始风力、无人机升力对系留无人机运动的影响。研究结果表明,系缆抗拉刚度对系留无人机运动影响较小,提高系缆抗拉刚度可以减小系缆应变从而保证系缆安全;无人机质量增加会导致其需要更长时间才能进入周期运动状态,系缆的动张力明显增大;随着平均风速的提高,系缆更加倾斜,系缆拉力为无人机提供的水平约束力增大,因此可以通过使系缆倾斜,减少系留无人机受到的横风的影响;当无人机升力增加时,无人机处的切向运动幅值会增大而运动中心相对于初始位置的偏移会减小。(3)研究了系留无人机在系留点垂向激励下的运动响应,结果表明:系缆顶点动张力随着无人机质量增加而增大,当无人机与系缆的质量比超过1后受无人机质量变化对系缆顶点动张力影响较小;无人机处的运动幅值随着无人机质量增加减小,切向、法向偏移都在质量比接近1时达到最大,这会引起无人机升空高度降低。随着系缆密度和无人机攻角的增大,切向振幅增大,法向振幅减小;系留点激励引起整个系统偏离平衡位置,随着系缆线密度增加,偏移距离增大,即系留无人机升空高度降低。(4)对系留无人机系留点施加垂向位移激励,进行了初步的实验研究,分析激励频率和无人机升力对系缆动张力影响。结果表明:随着激励频率增加,激励端与系缆上端的动张力都增大,并且激励端的动张力增加多,这一趋势与数值计算结果的趋势具有一致性,证明数值计算结果的正确性;而随着无人机升力增加,激励端与系缆上端的动张力都增大,但系缆上端的增加较少,这与数值模拟结果并不完全吻合。这种差异的可能是本文计算所使用的采用线弹性本构关系的数学模型与实验系缆模型所具有的非线性应变特性之间的差异导致的,下一步应当进一步增加对系缆材料应变非线性的影响的考虑。