直升机应急气囊充气及冲击着水过程数值分析

针对应急气囊充气展开过程以及直升机应急气囊冲击着水过程进行了数值模拟,得到了不同充气速率下气囊展开过程中内部压力分布情况,并根据气囊内压力变化规律,将气囊充气展开过程分为线性膨胀、深度膨胀和过度膨胀3个阶段,其中最大安全压力可为智能化充气控制提供阀值选择依据。同时,冲击着水受力状态和速度特性数值模拟结果与实验一致,可以用于应急气囊的工程设计。     

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.     

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。     

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.     

改进气囊供气系统

提出了无人机回收缓冲气囊设计的新构思,采用压缩空气充气和从环境获取空气相结合的方法填充气囊.对气囊的结构形式、进排气口的设计、排气口面积的计算、缓冲过程的计算和气囊体积的计算等问题进行了讨论,并制定了相关的试验方案.这种新型自克气囊如果能够实现,则可大幅度降低整个缓冲气囊系统的重量,在无人机回收技术上实现突破.     

空间薄膜结构充气展开研究

空间薄膜结构可以通过气体驱动其展开,与传统的机械展开方式相比,其展开机构较为简单、发射成本低、且折叠体积小,可以应用在空间柔性结构的展开、废弃卫星的离轨等多领域中。针对空间薄膜结构充气展开方式,在高级有限元前后处理软件(LS-PREPOST)中建立模型并设定4种工况,选定一种工况为标准充气情况,而后将模型输出的K文件导入LS-DYNA求解器中,通过改变充气速率、温度和压强来对结构的动力学特性进行仿真分析,可以得到当改变充入气体的温度为750 K时,展开过程较平稳,展开效果良好,更适于工程实际应用。     

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.     

湍流流场双向全息干涉测量

多方向全息干涉法是获得三维流场重构数据的较好方法,采用离轴式像面全息干涉技术从正交两方向对同一流场进行显示,得到了模型流场清晰的序列全息干涉图,可用于三维重构数据提取的需要.同时,采用CFI仿真结果进行对比验证.通过对该研究的总结和分析,为今后多向(≥6方向)全息干涉技术测量湍流流场奠定了基础,同时也提出了下一步工作的相关想法.     

不同填充材料对新型缓冲囊刚度的影响（英文）

设计了一种能在小位移下提供轴向冲击保护的新型缓冲囊机构,并研究了该结构在冲击载荷作用下的刚度特性。通过比较分析填充材料分别为液体和气体时,机构的刚度和缓冲囊内部压力的变化,讨论了初始囊内压力、体积模量和囊壁厚对机构刚度以及囊内压力变化的影响。结果表明,当填料分别为液体和气体时,液囊的刚度优于气囊;当机构承受300 kN轴向力后,液囊的内部压力有明显的上升,而气囊的内压几乎没有上升;液囊内液体体积模量的改变(分别为1 000、1 500、2 000和2 500 MPa时)对机构刚度有明显影响,且与机构刚度呈正相关;气体摩尔质量的变化(分别为28和44时)对机构的刚度影响不大;缓冲囊的壁厚(分别为5、10和15 mm时)对机构的刚度也有明显的影响。相同条件下,液囊的缓冲刚度较大,对柔性接头的保护更好。     

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。