大型伞绳帆和抽打现象连续模型及验证

文章主要推导了可用于描述大型降落伞绳帆和抽打现象的一般绳索三维动力学连续模型,及弦坐标系下可用于求解绳帆现象的两点边值问题(BVP)模型,并采用某型号大型降落伞的空投录像和杆件算例对模型进行验证对比,说明了模型的正确性,采用这一连续模型能够更直观地对大型伞的绳帆和抽打现象进行定性和定量分析。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

降落伞可靠性评定及其试验量决策

降落伞是回收着陆分系统的核心部分,其可靠度下限指标一般很高。若仅依据成败型系统级空投试验来评定该指标,需安排大量系统级空投试验,这在工程上通常难以接受。为了能够全面地反映降落伞的可靠性,本文提出了基于Bayes理论的降落伞可靠性评定方法。该方法将降落伞强度试验数据作为验前信息,采用Bayes理论将其与系统级空投试验信息融合起来,据此评定降落伞的可靠性。该方法建立在严格的理论推导之上,评估结果与工程实际情况相符,所计算的系统级空投试验量较经典方法大为降低,可大量节约试验经费和工作量。将上述方法应用于某型降落伞可靠性分析,结果表明该方法是有效可行的。     

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。     

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。     

大型降落伞开伞过程中的“抽鞭”现象

＂抽鞭＂现象是在大型降落伞开伞过程中可能的顶部甩动现象,它可能造成伞衣破损、不对称充气、伞衣翻转、鞭打等后果,严重时可能造成回收任务完全失败。该文对美国回收系统降落伞开伞过程中出现的＂抽鞭＂现象及其后果进行了综述,并介绍了避免＂抽鞭＂现象的途径。目前对这一现象的机理还缺乏深入研究,有必要从理论和设计上对其进行分析。     

降落伞强度空投试验模型的气动–动力学特性仿真

降落伞强度空投试验模型的气动-动力学特性仿真研究对空投试验方案设计和降落伞减速系统性能的考核至关重要。文章运用数值模拟手段分析了空投试验模型的气动特性和气动稳定性,探讨了降落伞开伞前空投试验模型的弹道轨迹和运动姿态的变化,并针对不同飞行攻角下空速管动压测试值与实际开伞动压存在相对偏差所造成的影响进行了分析。结果表明:空投试验模型的轴向力系数在攻角大于4°时有所下降。法向力系数和俯仰力矩系数随着飞行攻角增加以近似线性的方式增大,压心位置后移,气动稳定性良好。在模型投放后至降落伞开伞前的过程中,随着高度下降空投试验模型的速度以近似线性的形式增大,且俯仰角和攻角均存在周期摆动现象。由于飞行攻角的影响,空速管测得的动压值与开伞实际动压存在相对偏差,但相对偏差范围不会超过14%。研究结果可以为降落伞强度空投试验的方案设计提供参考。     

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。     

遗传算法在大型降落伞气动力参数辨识中的应用

针对大型降落伞气动力参数辨识中观测值难以获取的特点,提出利用遗传算法和少量 观测信息对降落伞全张满后运动形式稳定时气动参数进行辨识的方法并建立了相关模型。仿 真结果表明,遗传算法适合此类问题的求解且精度较高。还针对某型号飞船降落伞回收 系统的大型环帆伞进行气动力辨识,利用辨识参数值计算的观测值和录像分析的结果基本吻 合,表明本文提出的研究方法可应用于实际工程问题。
     

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。     

基于控制体积方法的降落伞初始充气模型

考虑降落伞初始充气过程中降落伞变形情况与受力特性,建立了基于控制体积方法的初始充气模型。模型从理想气体状态方程出发,通过伞衣内部气体质量求解伞衣内部各个部分所受压力,将压力结果代入基于凯恩方法建立的伞衣结构模型中,即可得到对应的伞形;模型在计算时能够考虑伞衣结构透气的影响。数值计算的结果表明,模型计算得到的初始充气过程伞衣形状变化与试验吻合较好,初始充气时间与经验公式基本一致。该方法还可用于对降落伞主充气阶段的数值模拟。     

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。     

探月返回器降落伞减速系统设计及试验验证

针对探月返回器降落伞减速系统的任务特点,通过对返回器-降落伞系统的动力学特性分析,提出了一种开伞载荷非均衡的两级降落伞减速系统设计方案,实现了返回器开伞载荷、器伞系统稳定性等多因素的匹配性设计,通过仿真试验和空投试验验证了方案设计的合理性,最终通过月地高速再入返回任务飞行试验验证了降落伞减速系统性能的有效性。结果表明:降落伞减速系统工作性能稳定可靠,能够确保返回器的安全回收,可以保证后续月球采样返回任务的成功实施。     

降落伞最小弹射分离速度的计算方法

作为气动减速装置的多级或单级降落伞系统,一般利用火工作动装置实现第一级或者单级降落伞的弹射分离,但必须确保足够的弹射分离速度才能为降落伞的充气张满创造好条件,以确保随后降落伞系统依次完成设定的工作程序。此降落伞最小弹射分离速度是降落伞系统设计的关键参数之一。文章针对降落伞弹射拉直过程的一般特点,基于一定的合理假设,介绍了两类降落伞弹射拉直过程的基本动力学模型,分别为二维平面简化模型及三维弹簧阻尼模型。利用二维平面简化模型可得出降落伞最小弹射分离速度的计算公式,利用三维弹簧阻尼模型可以进一步详细分析弹射分离速度的影响。文章给出了利用此两类模型的一个应用算例,用于对某火星进入器的单级降落伞所需弹射分离速度进行分析。基于文章的动力学模型可以对降落伞的拉直过程进行计算分析,并确定降落伞的最小弹射分离速度,从而为降落伞系统的方案设计提供参考。     

降落伞充气理论的发展

综述了降落伞充气理论的研究成果与发展状况,内容涉及以质量守恒方程为基础的降落伞充 气理论;以伞衣径向运动方程为基础的伞衣充气理论;流固耦合的伞衣充气理论。在介绍各种研究方法的 同时,阐述了降落伞充气过程包含的复杂物理现象、研究难点及解决方法,最后指出了当前充气过程研究的 热点及发展趋势。