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。     

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     

火星探测器减速着陆过程中若干问题的研究

围绕火星探测器减速着陆过程中涉及的开伞控制技术、降落伞拉直过程的绳帆现象、降落伞充气性能以及物伞系统动力学特性等关键技术问题进行了研究。通过对探测器进入轨道的分析,提出了一种以动压为控制目标的自适应开伞控制方法,并对其原理和实现方法进行了研究。采用降落伞拉直过程多刚体、多质点、多自由度动力学模型,对绳帆现象进行了数值仿真分析,发现开伞攻角是绳帆现象的主要成因,并提出了设计控制措施。采用降落伞轴向-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及开伞载荷的影响规律或特点。利用物伞系统动力学模型,研究了物伞系统减速下降过程的动力学特性。本文研究内容对于中国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。     

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.     

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。     

一种改进的降落伞动力学模型

为更准确地模拟降落伞动力学特性,根据质点系动量定理和动量矩定理推导出一种改进的降落伞动力学模型。基于该模型对某十字型伞开展了稳降阶段的编程计算,获得了降落伞和载荷体的速度及姿态角的变化情况,数值计算结果和空投试验结果有很好的一致性。该模型易于编程,相较于传统模型能得到更准确的降落伞速度和姿态角的振荡频率,是传统降落伞动力学模型的有益补充。     

阻力伞及气囊气动特性风洞试验技术研究

对阻力伞、气囊等柔性减速器进行了风洞试验研究.采用高速摄像清晰地记录了阻力伞在M=1.0条件下的开伞过程、气囊在M=6.0条件下充气过程的外形变化,准确地测得了气囊在M=6.0条件下充气过程的阻力时间历程,且气囊充气过程外形变化的时间历程与阻力时间历程相符.此外,对阻力伞高速风洞试验的堵塞度影响进行了研究.结果表明,通过研究,为柔性减速器的气动特性测试建立了新的试验技术.     

密实织物伞形状和应力计算研究

建立了充满稳定状态下密实织物伞形状和应力计算的理论模型。将充满的伞看成柔软的壳体，用力学原理建立伞绳（伞衣上径向加强带）和伞衣幅中线的力平衡方程。伞绳和伞衣处理成非线性弹性构件。考虑伞衣中线上的子午向应力，得到了一个双轴应力模型。结合伞充满状态下几何大变形的几何关系式，得到一组含６个微分方程的非线性微分方程组。从伞顶孔开始，利用伞顶处的边界条件，离散积分至伞底，校对伞底处的另一边界条件，如不满足再从伞顶开始进行迭代，直至满足伞底边处的边界条件。由此编成进行非线性迭代数值求解程序ＣＳＬＡＰ。选用一具典型的平面圆形伞进行了验证，结果很好     

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。     

Numerical Simulation of ATPS Parachute Transient Dynamics Using Fluid-Structure Interaction Method

In order to simulate and analyze the dynamic characteristics of the parachute from advanced tactical parachute system(ATPS),a nonlinear finite element algorithm and a preconditioning finite volume method are employed and developed to construct three dimensional parachute fluid-structure interaction(FSI)model.Parachute fabric material is represented by membrane-cable elements,and geometrical nonlinear algorithm is employed with wrinkling technique embedded to simulate the large deformations of parachute structure by applying the NewtonRaphson iteration method.On the other hand,the time-dependent flow surrounding parachute canopy is simulated using preconditioned lower-upper symmetric Gauss-Seidel(LU-SGS)method.The pseudo solid dynamic mesh algorithm is employed to update the flow-field mesh based on the complex and arbitrary motion of parachute canopy.Due to the large amount of computation during the FSI simulation,massage passing interface(MPI)parallel computation technique is used for all those three modules to improve the performance of the FSI code.The FSI method is tested to simulate one kind of ATPS parachutes to predict the parachute configuration and anticipate the parachute descent speeds.The comparison of results between the proposed method and those in literatures demonstrates the method to be a useful tool for parachute designers.     

一种新型锥形降落伞的设计

介绍了两种锥形降落伞的设计。一种伞型使用了零透气量纺织材料，另一种伞型使用了微透气量纺织材料。两种伞型均使阻力系数值达到１．２，从而显著减少了伞衣面积，降低了伞衣重量。     

Numerical Study of Parachute-Payload Land Site Distribution with Randomize Wind Gust Model

A parachute-payload model with randomize wind gust is developed to study the landing accuracy of the parachute decelerator system,which can be exactly described by the landing site distribution.The research focuses on the steady descent phase of the parachute descent process,so the parachute and the payload suspension formulation during the phase are mainly discussed.In addition,since the wind effects have a significant impact on the land site distribution of the passive decelerator system and it is difficult to obtain the exact wind profile in practice,major features of parachute-payload system are studied via the randomized wind gust formulation.As the randomized wind gust formulation is adopted,the wind effect can be considered without the exact wind gust profile and the parachute aerodynamic simulation can be fulfilled with uncertainties.Finally,the model is validated and discussed,and the parachute land site distributions with different wind randomize profiles are presented for comparison.The results show that when parachute is less stable,the land site tends to have a larger variance.