牵顶伞在降落伞拉直过程中的作用

采用有限元方法,建立降落伞回收系统的多质点动力学模型,研究了牵顶伞在拉直过程中对主伞性能的影响.模型中将柔性大变形的伞绳、伞表、连接带离散成若干绳段,各绳段假设为质量集中在中心的质点,各质点间以阻尼弹簧连接,其运动由对应绳段的重力、气动力和张力确定.利用该模型对某批次的空投试验进行了仿真,给出了张力、速度、位移等参数的瞬态变化.经过分析表明,牵顶伞能够改善主伞张力分布,抑制伞衣项部横向摆动.     

火星着陆探测降落伞减速技术途径

火星有着与地球相似的自然环境,是深空探测的重要内容。降落伞减速是火星着陆探测的关键环节,但火星大气环境和地球差异很大,使火星降落伞减速着陆过程具有超声速和低动压的特点。选择较优的降落伞减速技术途径,可以降低任务资源消耗,以提高探测器进入减速着陆过程的可靠性。针对火星着陆探测中的关键环节,本文首先对美国航空航天局和欧洲太空局的火星着陆探测任务进行了介绍,然后在此基础上总结了火星降落伞设计的技术特点,最后根据中国首次火星探测的任务要求,对降落伞减速方案几个重点环节进行了研究分析。     

降落伞开伞高度对开伞动载影响分析

分析了救生－１０型伞开伞动载随开伞高度增加而明显增大的原因。研究结果表明，在充气过程中，降落伞阻力特征随充气时间变化的曲线斜率随开伞高度增加而明显增大。为了降低降落伞高空开伞动载，必须控制降落伞的张开速率，实现最佳的充气过程     

伞-载系统拉直过程动力学仿真研究进展

降落伞拉直过程是关系到伞-载系统安全可靠工作的关键阶段,涉及到三维空间多体系统动力学和变质量变自由度动力学问题。本文综述了柔性降落伞拉出过程动力学仿真技术中的一些关键问题。首先从拉直过程仿真方法进行介绍,通过具体算例分析了各自方法的特点。然后构建了动力学模型中主要因素之间的相互关系,分析了气动力的影响因素及风速对拉出过程的影响。同时阐述了绳段张力的几种计算模型及其特点,指出了它们的一般应用范围。最后,对伞-载系统拉直过程仿真减小数值计算误差的途径及未来需要关注的几个方面进行了探讨。     

降落伞开伞过程的试验研究

探讨了降落伞充气过程中开伞动载的产生原理及其影响因素,提出了在风洞中模拟真实开伞动载的可行性。在此基础上,对小型平面圆形伞的开伞过程进行了试验,研究了开伞过程中伞衣形状和伞衣所受载荷之间的关系。试验表明:开伞载荷受降落伞阻力和附加质量变化率产生的力影响最大;在开伞过程中伞衣会发生“呼吸”现象,伞衣所受最大载荷出现在伞衣第一次完全充满时。同时,变速风洞的伞衣载荷研究表明,变速风洞可较好地模拟实际开伞情况。     

无人机伞回收动力学分析

在建立无人机六自由度飞行力学模型和降落伞回收动力学模型的基础上,对无人机的整个回收过程进行仿真分析,并与飞行试验进行了比较。结果表明:本文所采用的方法较为准确地预测了整个减速伞工作阶段中的相关动力学特性。计算结果还包括了无人机与回收系统的相对运动过程,有效地预测了回收过程的危险情况,为无人机控制律和回收系统设计提供了重要参考。     

牵顶伞对主伞充气过程的影响

为研究牵顶伞对主伞充气过程的影响,建立了有无牵顶伞的主伞充气阶段的流固耦合数学模型,对有无牵顶伞时,主伞的整个充气过程进行了数值模拟,并将计算所得的开伞动载与空投试验结果进行对比,以验证数值仿真的可靠性。研究结果表明:(1)有牵顶伞时开伞过程中的平均速度比无牵顶伞时大;(2)有牵顶伞时,收口阻力特征比无牵顶伞时要小约30%。(3)有牵顶伞时,第一峰值的过载呈减少趋势,第二峰值约大了36%;(4)对具有不同阻力特征的牵顶伞的计算结果表明:牵顶伞阻力特征增大,初始充气时间和初始充气距离均减小,但初始充气结束时的速度基本不变,而开伞峰值、收口阻力特征、充满时间和充满距离均变化不大。(5)有牵顶伞时,在初始充气阶段,伞衣不易张开,因而伞衣外形显得更为细长。而在主充气阶段,在解除收口绳之前,由于顶部有牵顶伞的阻力,伞衣张开相对较慢,因而伞衣细长些。当解除收口后,牵顶伞的阻力已经很小,此时,有无牵顶伞的主伞伞衣外形变化几乎相同。     

基于ALE的降落伞充气过程数值仿真

采用任意拉格朗日-欧拉法(Arbitrary Lagrange Euler method,ALEM)流固耦合方法模拟某模型伞在低速气流作用下充气展开过程。计算获得了充气过程中伞衣应力、流场速度矢量、压力以及伞衣半径变化等结果。与试验对比,开伞过程相同,同样出现了伞衣顶部塌陷、抖动等现象。通过对数值结果的分析解释了伞衣抖动以及风洞试验中伞底拍动产生巨大噪声的原因,同时预测开伞过程中的危险截面。     

翼伞-载荷系统多体动力学仿真分析

翼伞具有良好的滑翔性、操纵性和稳定性,广泛应用于航天器精确着陆和定点回收。为进行归航控制算法设计,需对翼伞系统动力学特性进行深入研究。以一般翼伞-载荷系统为研究对象,采用拉格朗日乘子法建立了两体8自由度动力学仿真模型,对3个飞行工况进行了仿真分析,结果与相应的空投试验数据基本吻合,验证了仿真模型的有效性。     

降落伞初始充气阶段数值模拟

根据降落伞的结构和其在充气过程中的受力特性,以某平面圆形伞为原型,建立了伞衣初始充气过程中的计算流体力学与结构动力学的耦合模型.首次考虑了充气过程中折叠伞表的张开问题,建立了更接近降落伞物理模型的初始充气阶段伞表质点结构和受力方程.对流场的变化采用了准定常假设,利用simple算法数值模拟求解RNG κ-ε湍流模型下的雷诺平均N-S方程以获得每一状态伞表张开部分与折叠部分交界处质点的压差系数.把数值计算结果和试验结果及经验值比较,得到如下结论:(1)初始充气阶段伞衣外形变化为:整个阶段,伞衣展开部分外形基本保持较光滑的直筒形状,而非喇叭形.与试验结果相比,计算结果较真实地反映了初始充气阶段伞衣外形的变化情况.(2)当无因次充气时间为0.27左右时.初始充气阶段结束,伞衣投影面积随充气时间呈线性变化,计算值与实验值接近.     

弹道式再入航天器落点预报技术

建立了航天器弹道式再入动力学模型，并针对航天器在着陆前开减速伞导致高空风对航天器落点影响大的特点，建立了高空风对航天器的动力学模型。提出了基于高空风实时修正的航天器落点预报算法。相比以往的算法，该算法无需提前计算高空风修正插值表。经实测数据验证，算法显著提高了航天器的落点预报精度。     

稳定伞作用下对救生伞开伞动载影响研究

在救生伞高速空投试验过程中，由于救生伞系统在做非均加速非定常运动的同时又受到假人姿态的影响，常规空投试验获取的开伞动载数据往往离散度较大，无法真实反映救生伞的开伞性能。本文针对救生伞的前置体影响特性，提出了一种采用增加稳定伞的方法对假人自由飞阶段的姿态进行控制，并对不同工况下假人运动过程进行了仿真分析，通过3种工况的空投试验验证研究假人姿态对开伞动载的影响，对开伞时间、开伞速度、开伞动载、假人角速度以及速度损失等试验数据的相关性进行了分析。研究表明假人姿态控制对开伞程序没有影响，与不控制假人姿态试验程序相比更接近于该型救生伞前置体的实际工况。从试验数据结果分析，假人姿态控制后可以改善开伞动载数据的离散性，提高开伞动载试验数据的真实性，最大开伞动载数据可以减小8.9%。     

月球着陆器着陆性能及多因素影响分析

以某型号月球着陆器铝蜂窝缓冲软着陆腿为对象,研究了月球着陆器月面软着陆性能.采用非线性有限元方法,建立了月壤和着陆腿结构有限元模型,进行了单腿着陆冲击非线性动力学仿真分析,将仿真结果与试验及多刚体系统动力学分析结果比较.文中还研究了月壤模型和主辅支柱结构弹性对月球着陆器着陆性能的影响.结果表明:非线性有限元分析结果与实验结果吻合较好,优于多刚体系统动力学分析结果;着陆腿主支柱的结构弹性对着陆性能影响较大;月壤有限元模型的离散化对分析结果有一定影响.     

水雷伞的飞行轨迹研究

据水雷伞实测的弹道参数扣除气象条件的影响，求得无风弹道，作为实战投弹的依据。根据无风弹道修正的结果，求出弹伞系统的阻力特征ＣＡ值，作为研究降落伞开伞段理论的基础数据。然后将求出的ＣＡ值代入运动方程算出理论弹道，再把理论弹道与无风弹道相比较，当误差不大时说明理论弹道的计算方法是正确的，可用于一般水雷伞计算理论弹道用。     

多腔体气囊式回收系统的着陆冲击动力学建模与分析

首先对深空探测气囊式回收系统的结构特性进行了分析,讨论了多腔体气囊系统动力学分析模型的构造思路。然后引入一维流管理论描述子气囊之间气体流动的通气孔。最后通过气囊式回收系统着陆冲击过程的仿真分析了通气孔面积对系统着陆缓冲性能的影响,验证了通气孔模型的有效性。分析结果表明,本文建立的动力学分析模型能够较为全面地反映出气囊式回收系统的着陆冲击过程,分析出回收系统的各项工作参数或环境因素对系统着陆缓冲性能的影响。     

可压缩弹射出伞模型及仿真

火工装置常用于降落伞的强制开伞。针对柔性降落伞织物的可压缩特性,建立了弹射筒可压缩弹射出伞模型并开展了仿真计算,仿真结果与传统刚性模型进行了对比,表明可压缩弹性模型与实验数据更吻合,具有更高的准确性。同时研究了火工药剂参数、弹射筒几何结构及伞包材料特性对弹射力、伞包拉力及弹射速度的影响,发现火工装置初始容腔增大或活塞尺寸减小均会降低弹射推力;而伞包材料弹性使伞包受力小于并滞后于顶盖受力,伞包弹性越好,包装密度越小,越有利于降低顶盖速度和伞包受力。本文的可压缩弹射出伞模型为火工装置及伞包设计提供了一种新的设计分析思路。     

月球探测器着陆腿动力学建模与仿真

在月球探测器多工况着陆仿真分析中,要求所建模型能够满足高效运算的需求。本文改进简化着陆腿有限元建模:分别采用壳单元、梁单元模拟着陆腿内外筒壁,充分考虑结构柔性以及筒壁间作用力;通过连接单元特性来表达缓冲材料的力学性能,减少了计算耗时;并采用隐式算法求解动力学方程,保证了计算精度。其中壳单元模型能够更全面地反映缓冲腿柔性变形对缓冲性能的影响;在考虑着陆腿柔性时,随着摩擦因数的增大,着陆腿缓冲性能随之下降。     

频率锁定对伞弹系统稳态特性的影响

旋转伞弹在下落过程中的稳定性直接影响着子弹的扫描性能,因此研究影响伞弹系统稳定性的因素非常重要.采用激光双目立体投影图像视觉技术在立式风洞中非接触测量了伞弹模型的扫描角和瞬时转速,介绍了测量与数据处理的方法,着重讨论了频率锁定现象对伞弹系统稳定扫描特性的影响.试验结果显示:在较窄风速范围内,存在频率锁定区域;在频率锁定区,扫描角和瞬时转速具有较好的周期稳定性,对外界的干扰不敏感,能量谱峰值也较显著.     

阻力伞附加质量与阻力系数修正方法

在阻力伞试验,特别是高速滑车试验过程中,由于阻力伞系统作非匀加速的非定常运动以及前置体尾流场的影响,现有的阻力伞试验数据计算方法已经难以准确计算其阻力系数。本文针对阻力伞试验过程中的这种非定常运动和尾流干扰特性,对阻力伞系统进行了动力学分析,并对阻力伞非定常运动过程中的附加质量和尾流场特性进行了理论研究,提出了阻力伞双质量模型,并建立了阻力伞阻力系数非定常修正和动压修正方法。在此基础上,针对某型十字形单伞和十字形双伞模型的试验结果进行了分析,确定了相应的非定常修正系数和动压修正系数,分别建立了十字形单伞和十字形双伞的阻力系数修正模型。修正模型验证结果与风洞试验和传统计算方法结果进行了对比,研究发现:对于单伞模型,本文计算方法可以使计算结果误差从原来的27%降低到9%以内;对于双伞模型,可以使计算结果误差从原来的30%降低到7%以内。基于附加质量理论分析,非定常和动压损失的阻力系数修正方法可以更准确地计算阻力伞阻力系数,从而为阻力伞试验数据分析提供了一套更准确的计算方法。     

全向式着陆缓冲气囊的折叠建模与充气过程仿真

以"火星探路者"登陆系统的全向式气囊缓冲装置为例,首先对折叠后无褶皱的气囊和带褶皱的气囊分别进行了折叠建模研究,并对气囊中的加强筋和收缩绳进行了等效描述.然后采用具有较高计算效率的均压模型对气囊充气展开过程进行了模拟仿真.为全向式缓冲气囊的参数化设计打下良好的基础.