降落伞的计算机仿真研究

降落伞是一种应用广泛的气动力减速装置，其试验费用在整个开发、研制费用中，占有很大的比例。如何节省这笔费用，运用计算机仿真技术无疑是个最佳办法和途径。文章总结了降落伞仿真的一些情况和降落伞仿真所遇到的关键技术，并提出了在降落伞仿真中所面临的主要问题及解决这些问题的一般方法，可为降落伞研究提供参考。     

考虑尾流影响的降落伞弹射拉直过程研究

降落伞的弹射拉直是其工作的第一个也是至关重要的一个环节。航天器在超声速状态下的尾流性质也非常复杂,因此,如何考虑前体航天器尾流对降落伞弹射拉直过程的影响是一个值得研究的问题。文章首先采用CFD方法计算出航天器的超声速尾流数据,然后建立降落伞弹射拉直过程的动力学模型。由于降落伞的拉直过程持续时间很短,故在研究过程中将连续尾流离散化为不同时刻的尾流,仅考虑尾流气动力对降落伞弹射拉直过程的影响。具体方法是将弹射拉直时刻计算的航天器尾流区速度场叠加于弹射分离降落伞伞包的空速上,计算考虑航天器尾流影响的伞包气动力,然后通过动力学仿真研究航天器尾流对降落伞弹射拉直过程的影响,重点研究了对伞包运动稳定性的影响。利用该方法对典型工况超声速尾流影响下的降落伞弹射分离过程进行了动力学分析,重点分析了尾流对伞包的运动轨迹和姿态的影响,研究方法和结论对稳定伞弹射拉直过程的验证评估具有重要的参考价值。     

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。     

火星EDL过程动力学仿真平台

"进入、减速、着陆(Entry,Descent,Landing,EDL)"火星的过程是实现整个火星探测任务最为重要的阶段之一,着陆成功与否直接决定探测任务的成败。文章对火星探测器自身气动减速阶段、降落伞弹射拉直阶段、降落伞开伞充气阶段、降落伞全张满减速阶段等EDL关键过程分别建立探测器进入段六自由度动力学模型、降落伞理想拉直过程动力学模型、降落伞开伞充气过程动力学模型、物伞及弹性吊挂组合系统着陆过程动力学模型。并在此基础上研制相应的动力学仿真软件模块,将各模块按照EDL过程进行集成,实现模块间数据传递,形成火星EDL全过程动力学仿真系统。最后对"火星探路者"EDL过程进行了动力学仿真分析,校验了系统的有效性和可行性。该平台可用于火星EDL全过程动力学性能的分析与预测。     

降落伞拉直过程的三维仿真分析

针对某载人飞船降落伞回收系统的主伞拉直过程,基于多体系统动力学理论,建立了由一系列刚体和质点通过弹性约束组成的三维多体动力学模型。首先,在空投试验条件下,验证了该模型的正确性和仿真结果的有效性;其次,模拟了不同风速不同风向条件下的拉直过程,指出侧向风影响最强,并分析了此规律的动力学机理。对载人飞船降落伞系统拉直过程的仿真研究有助于提高对降落伞拉直过程机理的理解。     

伞包拉出过程仿真及载荷影响分析

航天器回收着陆过程中依靠减速伞将主降落伞伞包从伞舱中拉出是主降落伞顺利工作的第一步,也是航天器能否安全着陆至关重要的一步。释放减速伞后是通过作用在减速伞伞带及主降落伞伞包拖带上的拉力将主降落伞伞包从主伞舱中拉出的,在释放减速伞拉主降落伞伞包过程中将产生一个很大的载荷作用在减速伞伞带及主降落伞伞包拖带上。文章基于牛顿力学,通过建立释放减速伞后拉主降落伞伞包过程的动力学模型,计算出释放减速伞拉主降落伞伞包过程减速伞伞绳、吊带及主伞包拖带的拉力随时间的变化情况。通过仿真结果分析及与高塔投放试验结果比对,证明了仿真模型的符合性,并在此基础上研究了减速伞自由行程、释放减速伞时下落速度、伞带长度、伞带断裂强力、主伞包质量、减速伞尺寸等因素对伞带载荷的影响程度,根据影响分析结果得出可以通过减小减速伞自由行程、减小释放减速伞时速度、增加伞绳长度、减小伞带总断裂强力、减小主伞包质量、减小主伞包尺寸等设计方法来减小伞带载荷。文章的仿真结果可以为降落伞设计提供参考。     

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。     

"火星探测漫游者"降落伞的研制

概述了“火星探测漫游者”探测器的降落伞系统,并介绍了降落伞系统的组成和性能,以及降落伞的研制过程的主要工作,尤其是设计人员解决和处理的一些细节问题。     

火星大气对降落伞充气性能影响的初步探讨

探测火星一直是人类深空探测的热点之一,火星上因存在大气层。降落伞一直是确保火星探测器安全着陆于火星表面的一种重要的气动减速装置。然而,由于火星上大气密度非常稀薄,因此掌握降落伞在火星大气环境下的充气性能是火星探测器着陆系统工程设计中的关键,同时也是火星探测器减速着陆系统工作性能评定的理论分析模型或数值仿真系统中必须要解决的一个问题。文章通过降落伞轴向-径向动量守恒充气模型,研究了大气密度对降落伞充气性能的影响,得到了大气密度对降落伞充气时间、充气距离、充气过程中伞衣面积变化的影响规律。研究结果表明,目前有关降落伞充气性能的一些经验关系式对于火星这种稀薄大气环境已不再适用;在火星稀薄的大气环境下,降落伞的充气时间、充气距离随大气密度的减小将急剧增大;伞衣阻力面积为充气过程中时间的4次多项式关系。该成果对于火星探测器减速着陆系统的工程设计、试验及性能评估等均具有较好的参考价值。     

无人机前开伞式降落过程动力学建模与仿真

文章分析了某型无人机降落伞回收阶段的动力学过程,对各工作阶段的无人机和降落伞的组合体进行了数学建模,使用Matlab软件中的Simulink组件搭建了无人机伞降过程的仿真模型,按照真实飞行和回收工况进行了计算,通过仿真结果与试验数据的比较,验证了模型的正确性.     

基于ALE方法的群伞稳降阶段的数值模拟

随着计算机技术和数值模拟的兴起,精确描绘降落伞力学特性成为可能。文章采用任意拉格朗日-欧拉法对美国“阿波罗”飞船降落伞回收系统的稳降阶段进行了数值模拟。通过建立结构动力学与计算流体力学的耦合模型,研究了3具环帆伞的流固耦合过程,并模拟了降落伞的外形变化和伞衣内外流场的变化。流固耦合计算结果表明,各伞最终稳定在20＆#176;左右,环帆伞的群伞效率因数约为0.93,比C-9伞大。文章的分析结果对中国探月工程回收系统的主伞设计具有参考意义。     

反推发动机点火控制高度及其随机偏差分析

文章首先对着陆缓冲阶段、反推发动机工作期间物伞系统的运动方程进行推演,得到反推发动机点火控制高度的显式表达;然后据此显式表达,利用计算机模拟法、借助MATLAB统计工具箱对点火控制高度受各项显式因素的影响进行偏差分析,用均方根方法考虑进非显式因素造成的偏差。     

系绳力对降落伞拉直过程的影响

文章采用多刚体模型研究了伞绳的系力对降落伞拉直过程的影响。在物伞系统的动力学模型中将引导伞、伞包、伞绳及回收物处理为开链式多刚体,提出了n阶的递推算法来求解绳段间的约束力。利用该模型研究了伞绳的系力对物伞系统运动的影响。仿真结果表明伞绳的系力是影响伞包角加速度的关键因素。     

天问一号着陆器EDL过程建模与仿真

针对天问一号着陆器的进入、下降与着陆(EDL)过程,考虑伞降动态特性,建立包含大底与背罩分离过程的EDL全过程高保真仿真模型.对着陆器跨越高超声速到亚声速的飞行过程,特别是伞降过程中降落伞、着陆器、大底、背罩的相互作用进行建模,建立了着陆器六自由度刚体动力学模型、降落伞-着陆器(背罩)组合体模型、大底(背罩)-着陆器组...     

火星进入舱开伞弹伞载荷动力放大系数研究与试验验证

Firstly, the analytical formulas of the dynamic magnification factor with the pulse time of the response spectrum of a single degree of freedom system under the rectangular and half sine pulse are derived. Then the parachute inflation and ejection low frequency high shock load dynamic simulation model of the Mars entry vehicle is built based on abaqus explict dynamics, and the influence of the shock load shape, load time and load damping are analyzed. Finally, the experiments of the opening parachute load suspension impact dynamic load and the parachute load real parachute impact dynamic load are carried out.The results show that the structure responds decline when the shock load time is less than  1 ms , and the static equivalence load becomes steady when the load time is longer than 5 ms; the dynamics equivalence load of the parachute inflation is about 1 time than static because of the smooth time wave, but the parachute ejection’s is about 1~2 times than static due to the steep rectangle wave.      

轴对称降落伞稳定下降阶段的流场特性

文章根据降落伞的特点,通过3点假设(伞衣的薄膜假设、降落伞的轴对称假设和流场的定常 假设),将三维复杂流动问题,转化成二维轴对称问题,以节约计算时间。然后,建立轴对称降落伞的流体力 学计算模型,利用数值模拟手段,求解RNG(Renormalization Group)k-epsilon湍流模型下的N—S方程组,获 得与有关单位试验相吻合的计算结果。分析发现带顶孔的轴对称降落伞绕流和亚临界状态下带中心孔的 圆球绕流,在尾流区拓扑结构上几乎完全一致。结果表明建立的轴对称降落伞模型,能够揭示降落伞流场 的本质特性,为进一步研究降落伞流场的流动机理和流固耦合问题打下基础。     

火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验技术

为获得火星探测器物伞系统动力学仿真中需要使用的降落伞轴向力、法向力、俯仰力矩系数，开展了火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验技术研究，研制了火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验装置，进行了火星探测降落伞模型高速风洞变迎角试验，获得了火星探测降落伞模型在马赫数范围0.4～0.8、迎角范围0°～25°时的轴向力、法向力和俯仰力矩系数，并对支撑干扰及洞壁干扰影响进行了扣除修正。试验结果表明：火星探测降落伞模型的轴向力系数随迎角变化较小；常规透气伞的法向力系数随迎角增大而增大，在马赫数为0.4和0.6时，低透气伞的法向力系数在小迎角时随迎角增大而减小；在马赫数范围0.4～0.8时，常规透气伞静稳定，低透气伞的静稳定性较常规透气伞减小，在马赫数为0.4和0.6时，低透气伞在零迎角时静不稳定，出现了非零配平 迎角。     

降落伞系统可靠性综合评估

研究了降落伞系统的可靠性综合评估方法;给出了基于应力强度模型,利用强度试验数据,运用信仰统计推断法计算降落伞组件可靠度置信下限的方法,并对该方法与渐近正态法、分位数修正法进行了对比分析。分析表明,就精确度而言,基于信仰统计推断法给出的评估结果较好。     

基于LS—DYNA的降落伞伞衣织物透气性参数仿真验证

利用已知的伞衣织物透气量与压差曲线计算得到了表征伞衣织物透气性能的两个主要参数一粘性系数和惯性系数,并运用LS—DYNA软件的流固耦合算法对其进行了验证,这对以后仿真降落伞充气过程有一定的参考作用。