结构参数对火星探测用伞开伞性能的影响

文章以"火星探路者"所用伞为基础,对其结构作相应改变后进行充气过程仿真计算,研究结构参数对降落伞充气性能的影响。计算结果表明,盘缝带伞的阻力系数随着带宽和缝宽的增加而减小;但超声速开伞时,降落伞充气过程中伞衣的喘振现象随着带宽的增加而减弱,投影面积的波动随带宽增长变得缓和,这对盘缝带伞的开伞安全性和可靠性有利。     

盘–缝–带伞超声速充气过程仿真研究

随着火星探测着陆研究的发展,对其主要的减速方式——盘–缝–带伞应用的研究也日趋火热。而在火星探测中,对伞衣充气过程的分析又是最为复杂的难题之一。文章介绍了常用于降落伞流场求解的数值模拟方法,并对它们的利弊做了简要的描述。文章使用守恒元/解元方法对盘–缝–带伞在超声速条件下,从收束状态开始的充气过程进行了数值模拟。首先对前置体进行单独仿真,之后在不同的马赫数下通过对降落伞系统的整体仿真完成对降落伞开伞过程的模拟。仿真数据与实验数据进行对比,获得了较为一致的结果,验证了方法的可行性。另外,文章对两种工作状态下的充气过程进行了对比,分析了盘–缝–带伞在两者中充气过程的异同,以及前置体阻力贡献随着马赫数的变化。最后通过开伞云图对充气过程中的开伞失败现象进行了分析。研究结果可为火星探测提供参考。     

超声速条件下伞盘模型的气动干扰数值研究

盘缝带降落伞是目前已成功实施的火星着陆任务均采用的主流伞型,为了探究盘缝带伞衣中不同的伞盘模型形状对于降落伞性能的影响,文章基于计算流体力学方法针对不同构型的伞盘模型进行数值模拟研究,分析和预测其超声速条件下的气动性能表现。结果表明:随着伞盘模型凹陷深度的减小,伞前脱体激波更接近伞体,导致伞内表面驻点区域的压力变大;当伞盘凹陷深度增大时,气流从伞端部流出时更容易使得端部压力升高,因此获得更大的平均压力分布,导致其阻力系数增大,然而这也会引起可观的侧向力,使得伞衣稳定性降低。另外,当来流马赫数增大,其阻力系数会随之减小。该结果对于火星降落伞的伞形的设计有一定的参考价值。     

基于LS-DYNA的三维翼伞参数化建模仿真研究

目前对翼伞气动性能的仿真研究大部分局限在二维翼型剖面或者不考虑伞衣柔性的三维数值仿真研究,因而无法获得较准确的翼伞气动性能参数,不能为工程研究提供借鉴和依据。为了提高翼伞仿真的准确性和效率,文章结合翼伞的设计流程,基于APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言对翼伞进行参数化几何建模,生成带前缘切口的翼伞三维几何模型,并自动划分网格生成有限元模型,再利用LS-DYNA求解器进行流固耦合求解,由于仿真求解中考虑了伞衣柔性,因而获得更准确的翼伞气动性能参数。基于MATLAB的GUI(Graphic User Interface)模块建立翼伞参数化设计、仿真平台,并进行了验证,翼伞气动性能仿真参数与翼伞试验数据基本吻合,说明该平台具有一定的可信性。     

火星降落伞的结构设计与初步性能试验研究

文章综述了目前美国、俄罗斯和欧空局研制的火星降落伞中盘缝带伞的发展情况.在参考已有盘缝带伞结构设计的基础上,通过改变结构设计参数,设计出4种不同结构形式的盘缝带伞,并完成了高塔投放和低速风洞等初步性能试验.根据试验结果,对伞型的带宽比及透气量与阻力系数及稳定性之间的关系进行了讨论;最终得出带宽比、透气量大的盘缝带伞稳定...     

基于ALE方法的开缝降落伞充气过程研究

为了解某型空投救生伞(平面圆开缝)的开伞特性,文章对其充气过程进行了数值模拟研究。建立了降落伞结构以及流场的计算力学和数值仿真模型,并利用任意拉格朗日-欧拉耦合方法计算得到了流固耦合作用下有缝降落伞的伞衣投影面积和充气过载的数值结果;同时给出了伞衣外形的三维变化结果及流场衍变特性。仿真结果验证了任意拉格朗日-欧拉有限元方法对于开缝型降落伞充气过程数值计算的收敛性和有效性,可用于降落伞试验的模拟和技术验证。     

某降落伞伞绳断裂仿真分析

分析了在降落伞充气过程伞衣织物的传力路线 ,得出当连接伞衣的某根伞绳断裂之后其上的力将由与其邻的伞绳承担。并且采用动力学仿真软件ADAMS进行建模 ,针对 5种情况进行分析得出伞绳间隔断裂时最危险伞绳承受的力比伞绳连续断裂时要大     

火星盘缝带伞超声速风洞试验结果分析

为了研究盘缝带(DGB)伞在超声速条件下的阻力特性、摆动角以及伞绳载荷分布的不均匀性，在FD 12风洞中开展了盘缝带伞的阻力特性风洞试验，并通过安装柔性传感器测量了伞绳所受载荷。试验结果表明，在Ma1.50到Ma2.50来流条件下，盘缝带伞的阻力系数随着马赫数的增大先增加后减小，在Ma1.75时达到最大，为0.60，而最大摆动角则是先减小后增大，在Ma2.00时摆动角最小，为7.4°，传感器的安装对降落伞风洞试验结果影响很小。通过柔性传感器的标定和误差分析，获取了伞绳载荷数据，结果显示不同伞绳所受拉力的比值可达到1.98。且传感器数据与风洞天平的测量降落伞总载荷结果吻合，进一步验证了柔性传感器结果的正确性。     

某降落伞伞绳断裂仿真分析

分析了在降落伞充气过程伞衣织物的传力路线，得出当连接伞衣的某根伞绳断裂之后其上的力将由与其邻的伞绳承担。并且采用动力学仿真软件ADANS进行建模，针对5种情况进行分析得出伞绳间隔断裂时最危险伞绳承受的力比伞绳连续断裂时要大。     

超声速透气降落伞系统的气动干扰数值模拟研究

盘–缝–带伞是目前主流的火星用超声速降落伞,然而由于其阻力性能的限制,新一代的火星探测任务已经开始考虑采用环帆伞来获得足够的阻力性能。同时,在超声速条件下,由于稳定性的需要,透气性对降落伞系统减速性能的影响研究日益受到重视。文章基于计算流体力学方法对不同孔隙率的降落伞系统模型进行数值模拟,旨在分析开缝位置及孔隙率对环帆伞气动性能的影响机理。结果表明:在马赫数为2的大拖拽距离比条件下,无缝环帆伞系统流场与盘–缝–带伞有较大区别,主要表现在伞前激波的形成过程及前体尾流和伞前激波的作用阶段上。此外,开缝产生的孔隙率对环帆伞的减速性能有较大影响。开缝伞形的阻力性能劣于无缝伞形,但稳定性能显著高于无缝伞形。而前缝伞形的稳定性能及阻力性能均优于后缝伞形。该结果对超声速降落伞的伞型结构透气性参数设计有一定的参考价值。     

降落伞网格剖分技术研究

降落伞几何建模和网格剖分是降落伞流固耦合数值仿真的基础。文章建立了包括伞衣主体、径向带、伞顶孔和底边加强带的降落伞精细几何模型,并基于软件开发平台VS2010使用C++语言设计并实现了针对该几何模型的网格自动剖分器。该剖分器采用约束Delaunay剖分算法,具有良好的理论基础、生成的网格质量(quality)高,满足降落伞数值仿真对网格质量的要求;并提供接口可将顶点和网格信息导入到商用软件中做进一步求解分析。实验证明,使用文中网格剖分器生成的网格,不但网格单元质量优于使用商用软件生成的网格,而且在网格单元质量相似的情况下,网格单元数量相对较少。同时,该网格在数值仿真中表现良好。     

伞顶控制带的设计、试验与应用

对于大型降落伞而言,开伞过程最容易造成伞衣的损伤和破坏。伞顶控制带可以有效地减少和控制降落伞的损伤。文章介绍伞顶控制带的设计技术、试验方法以及应用情况。     

降落伞充气过程中尾流再附动力学分析

文章对降落伞充气过程中的尾流再附现象进行了动力学分析。建立的尾流再附动力学模型包括:伞系统运动方程、尾流运动方程、伞衣-尾流动量交换方程。利用模型计算了3种不同开伞情况下尾流与伞衣的运动,得到尾流再附发生的条件。计算所得到的结论与试验结果一致。     

基于参数化建模的药柱伞盘结构形状优化

锥柱形固体火箭发动机药柱的伞盘结构在低温载荷作用下易产生裂纹,是药柱设计关注的重点部位.为了对伞盘结构进行形状优化,采用有限元软件MSC.Patran的二次开发工具PCL( Patran Command Language),编制参数化建模程序,根据输入参数自动建模计算,并输出计算结果.将整数编码遗传算法与参数化建模方法...     

降落伞充气过程中尾流再附动力学分析

文章对降落伞充气过程中的尾流再附现象进行了动力学分析。建立的尾流再附动力学模型包括：伞系统运动方程、尾流运动方程、伞衣-尾流动量交换方程。利用模型计算了3种不同开伞情况下尾流与伞衣的运动，得到尾流再附发生的条件。计算所得到的结论与试验结果一致。     

基于有效透气量对火星降落伞气动力系数预测分析

针对火星探测任务中降落伞开伞环境为低密度大气的特点,本文由降落伞气动力系数与透气量关系,提出了通过降落伞有效透气量预测降落伞气动力系数的方法,该方法先由织物透气量试验获取伞衣透气量拟合曲线和透气量常数,再根据风洞试验得到两种有效透气量下的气动力系数,然后由有效透气量插值获取了盘缝带(DGB)伞火星大气条件下气动力系数,并且通过空投试验数据对该方法进行验证。计算结果表明,在火星条件下,降落伞气动力系数与风洞条件下变化趋势基本一致。Ma 0.4工况阻力系数的变化范围为0.583～0.622,Ma 0.8工况阻力系数的变化范围为0.438～0.494。     

火星环境下降落伞拉直过程的动力学建模

文章在简要介绍火星探测器的物伞系统组成以及火星探测器降落伞拉直过程的基础上,根据拉直过程中各物体的运动属性,建立了火星探测器降落伞拉直过程的三维动力学模型。模型将伞包视为变质量六自由度刚体,进入器视为六自由度刚体,伞绳/伞衣采用质量阻尼弹簧模型,即将伞衣、伞绳、连接绳以及吊带离散成若干绳段,每个绳段处理为质量集中在端点的三自由度质点,各质点之间以阻尼弹簧相连。利用所提出的动力学模型对“海盗号”第一次气球发射试验进行了仿真,并与Moog R.D.的仿真计算结果和试验数据进行了对比,验证了该文数学模型的正确性与有效性。     

某圆周缝型救生伞的充气性能研究

为获得新型圆周缝结构救生伞的充气性能,文章采用任意拉格朗日欧拉流固耦合方法对该救生伞进行了充气过程的数值模拟,用空投试验结果验证了该数值方法的可行性。数值结果得到了绕伞衣流场、伞衣外形、运动的动态信息,对数值结果的分析发现初始充气阶段后期流场对上部伞衣影响很大,为充气过程中上部伞衣的控制提供了依据,但是初始充气期救生伞的摆动角度小于充满期。对于结构透气量不对称设计的伞衣,不对称充气是绝对的,圆周缝会首先在结构透气量少的部位张开。结果表明,对不同的圆周缝节点设计不同的开缝力将有助于保持良好的对称充气状态,改变开缝力的设计参数将会改变圆周缝的开缝时间及圆周缝完全张开所需的时长,将达到更好的减载效果。研究结果对圆周缝型降落伞的优化设计有一定的参考作用。     

降落伞弹性现象对伞衣载荷的影响

降落伞载荷研究是降落伞研究的一项重要内容,首次将降落伞的弹性现象和伞衣载荷结合在一起考虑。首先理论探讨了降落伞工作过程时伞衣动载的产生原理及其影响因素。在此基础上,采用了不同弹性的伞衣材料及不同弹性的连接绳连接方式,对平面圆形伞在定常风洞情况下的开伞过程进行了试验研究。获得了伞衣载荷和伞形之间的动态关系,发现降落伞弹性现象对伞衣载荷有重要的影响。试验结果表明降落伞弹性增强,会加大降落伞工作过程的不稳定性,呼吸现象更为明显;伞衣载荷的波动峰值增加,振动频率加快,同时会使充气推迟,充气时间延长。该实验研究可为降落伞的载荷分析提供一定的依据。     

带牵顶伞的大面积环帆伞充气性能分析

采用流固耦合的计算方法对带牵顶伞的主伞的充气过程进行了数值模拟,得到了主伞伞衣充气过程外形变化情况,并与试验结果进行了对比;对牵顶伞阻力系数的变化进行了分析,给出了适合工程估算的牵顶伞阻力系数公式。