涡环旋转伞系统减速导旋效率研究

为了解涡环旋转伞的减速导旋特性,提高旋转伞系统的减速导旋效率,以满足某些载物工作状态对转速、落速的苛刻需求,设计一种由涡环旋转伞和圆形减速伞构成的组合伞系统。制作单伞系统和组合伞系统的试验模型,分别进行伞塔试验。基于伞塔试验的高速摄影和图像处理技术,提取伞物系统的弹道数据点,结合弹道模型,用最小二乘法拟合时间弹道数据,得到单伞系统和组合伞系统的极限速度和阻力特征。基于姿态存储测量法,获得伞物系统的转速变化规律。对单伞系统和组合伞系统的弹道规律及减速导旋效率等数据进行对比分析,提出可有效提高旋转伞系统转速落速比的方法。结果表明:对高速录像进行图像处理可简单快速有效地提取伞物系统的极限速度和阻力特征;单具涡环旋转伞可提供更大扭矩,使载物旋转加速度更大,其导旋效率高;组合伞可提供更大阻力,使载物极限落速更低,其减速效率高;组合伞系统的转速落速比更大,整体性能优于单伞系统。     

末敏弹减速运动和稳态扫描段运动特性的研究

对末敏弹这一全新反坦克武器在减速运动和稳态扫描段的运动特性进行了仔细的研究。恰当地引入了降落伞的附加质量和附加惯性矩,完整地分析了伞体和弹体所受的外力和外力矩,建立了由伞体和弹体组成的末敏弹系统二体运动模型。编制了完整的计算程序。给出了末敏弹扫描角速度、扫描角和扫描曲线随时间的变化,以及扫描覆盖区随高度的变化。计算结果与试验结果有很好的一致性。该模型可进一步用于末敏弹系统的弹道修正、参数优化和弹道模拟。     

无伞末敏弹大攻角扫描运动稳定性分析

针对无伞末敏弹稳态扫描时做大攻角圆运动的特点,求取了其在一般形式赤道阻尼力矩作用下攻角方程的近似解析解。在此基础上,运用振幅平面法分析了此种情况下的运动稳定性。结果表明:与在二次方赤道阻尼力矩作用下无伞末敏弹不可能形成稳定大攻角圆运动以实现稳态扫描不同,在考虑大攻角时赤道阻尼力矩不仅与攻角大小有关,还与攻角变化率有关,且章动阻尼与进动阻尼特性不同时,弹丸所受赤道阻尼力矩为一般形式的阻尼力矩情况下,无伞末敏弹可以形成稳定大攻角圆运动,并推导出了此种情况下实现稳态圆运动应满足的条件,给出了算例,为无伞末敏弹的结构设计和气动设计提供了理论参考。     

基于FLUENT的双翼末敏弹气动特性研究

为研究双翼末敏弹气动特性,基于计算流体力学方法,对S-C形尾翼组合的末敏弹气动外形流场进行计算.获得了末敏弹气动外形表面压力分布规律,以及阻力系数、升力系数、转动力矩系数和压力中心系数随迎角的变化规律.通过模型自由飞行试验获得了末敏弹动态阻力系数和转动力矩系数,结合末敏弹飞行姿态变化分析了双翼末敏弹动态气动特性.结果表明双翼末敏弹增阻效果明显,能够提供平衡弹体自身重量的阻力,达到减速要求.S-C形尾翼组合结构能够为末敏弹提供转动力矩,使末敏弹产生具有稳态扫描形式的运动.研究结果可以为改进末敏弹稳态扫描平台设计提供参考.     

无伞末敏弹双S形尾翼弯折角对气动特性影响研究

为获得双S形尾翼末敏弹弯折角对气动特性的影响,基于计算流体力学方法对两片尾翼弯折角分别为10°、20°和30°的九种组合结构模型气动特性展开研究。获得了模型表面压力分布及阻力系数、升力系数和转动力矩系数随迎角由-30°到30°变化的规律。并通过高塔投放的自由飞行试验进行了动态气动特性研究。双S形尾翼无伞末敏弹流场计算结果显示,随着尾翼弯折角增大,双S形尾翼末敏弹阻力系数减小而转动力矩系数增加。弯折角变化对双S形尾翼末敏弹升力系数影响作用较小。试验结果显示,尾翼弯折角增大时,试验末敏弹弹轴与铅直轴夹角亦增加,即扫描角变大,但随着弯折角继续增加末敏弹的稳定性下降甚至出现翻转失稳而不能实现稳态扫描。通过本文的研究可以为改进末敏弹稳态扫描平台设计提供参考。     

制导火箭弹起控时间对规划弹道的影响

以制导火箭弹飞行过程中能量损失最小为代价函数,利用高斯伪谱法构建最优控制模型,在弹箭中制导阶段寻找最优性能指标下的规划弹道,分析弹道规划起始时间对火箭弹末速的影响,得到各弹道诸元随不同起始规划时刻变化的曲线图。仿真结果表明:弹道规划起控时间对中制导阶段弹箭末速影响比较明显,最大可使其减少11%左右,与靶场初步试验结果相吻合。     

投影图像法对旋转体空间扫描角和转速的测量研究

扫描角和转速是某伞弹系统风洞试验中要求必须测量的重要技术参数。对伞-弹系统扫描角和转速进行定量动态测量是试验中必不可少的技术环节。投影图像法测量的原理就是利用一定截面积的两路正交平行光源,将旋转弹体分别投影到两个正交的投影屏上,利用两套高速CCD成像系统,将两路弹体投影图像同步采集并实时记录下来,试验结束后利用图像处理软件自动计算出两路图像序列角度分量,按照时序合成出每一时刻弹体的空间扫描角,并根据序列角度分量,计算出弹体的瞬时转速和全周期平均转速。利用该测量方法,在西安某所立式风洞中成功对多个型号的伞弹旋转弹体空间扫描角和弹体转速进行了测量,取得了良好的测量结果。旋转体的静态角度测量精度为0．18°,动态扫描角测量精度控制在0．25°以内。作者从扫描角测量原理和方法入手,着重介绍该投影图像处理测量系统的设计和实际运用,给出了某伞-弹系统风洞试验的测量结果。     

比例型激光弹弹目初始偏差角对投放效果的影响分析

为了提高比例型激光弹的命中率,研究了激光末制导炸弹投放流程、比例导引制导律原理和几何关系,建立了含激光半主动陀螺式导引头动力学模型和线性弹体动力学模型的激光弹比例导引制导回路模型。将不同的弹目初始偏差角带入回路模型中进行仿真,得到了弹体参数曲线。分析结果显示,随着弹目初始偏差角的减小,制导时间、最大法向位移、法向过载和导引头进动角速度均在减小。因此,激光弹投放时应选择使弹目初始偏差角最小的投放弹道,可以达到较优的投放效果。     

伞—弹系统三体运动分析

理论上分析了末敏弹系统伞、伞盘、弹三刚体间的力学关系,考虑了系统的连接方式和约束、分析了伞绳弹性,建立了三体运动的数学模型,算例表明所描述的运动与实测运动规律和扫描特性相符,因此该模型可用于末敏弹总体和扫描装置的分析和设计。     

变质心再入弹头螺旋机动突防弹道设计

为提高高超声速变质心再入弹头的突防能力,设计了一种基于主动螺旋机动的突防弹道。在建立变质心弹头动力学模型和弹目运动学模型的基础上,引入新的控制变量,通过控制质量块的偏移位置,将速度矢量和弹目连线的夹角控制在固定值并且使速度矢量绕弹目连线以一定转速旋转来实现螺旋机动。在实现螺旋机动的基础上,推导了弹体处于螺旋机动状态下的螺旋机动半径和稳态脱靶量均方根的解析解。六自由度弹道仿真表明,所设计的突防方案使再入弹头能够进行有效的螺旋机动,通过合理控制机动幅度大小,可以在实现螺旋机动突防的同时保证较高的命中精度。     

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。     

小型无人涵道飞行器飞行动力学特性

为了研究无人涵道飞行器的配平特性与稳定性,首先进行了全尺寸涵道螺旋桨风洞吹风试验,分析了涵道螺旋桨的气动特性并建立了涵道螺旋桨的气动模型,在此基础上建立了无人涵道飞行器的飞行动力学数学模型,对无人涵道飞行器进行了配平特性与稳定性分析.结果表明:前飞速度与迎角对涵道螺旋桨气动特性影响很大,导致无人涵道飞行器在不同前飞速度下稳定性与操纵性变化较大.在悬停及小前飞速度下,无人涵道飞行器是一种类似倒立摆的不稳定体,而且气动阻尼较小,无人涵道飞行器的速度与姿态角发散很快,倍幅时间约为0.5s;在大前飞速度下,无人涵道飞行器的气动阻尼增加,飞行稳定性改善,但出现了纵向反操纵现象,增加了无人涵道飞行器的飞行控制难度.     

降落伞风洞试验中的几个主要问题

初步总结分析了我国低速风洞降落伞试验中的主要问题,并提出了具体解决办法。得到:开伞动态试验洞壁干扰影响可忽略不计:“无限质量”条件下风洞试验不能准确确定某些伞型的最大拉直力:伞稳态试验的洞壁干扰不能用常规或Maskell方法修正,用壁压信息法可得到准确的修正结果;应用不同测力方法测量时所得稳态结果差异较大;在水平风洞中进行稳态试验须导向定位以消除偏角等结论。此外,对伞的稳定性与横向载荷测量提出了具体实施方案。     

自由落体下落速度振荡现象的研究

为了研究自由下落物体的速度震荡现象,基于相对运动原理,应用立式风洞研究了5种典型形状的物体在上升气流中的悬浮特性。模型包括球形、正方体、长方体、短圆柱体和碟形等刚体。风速的平均值由皮托管风速计测得,同时通过CCD相机记录了物体达到悬浮状态前后的运动状态并进行了定量分析。实验结果表明：对称性较好的物体具有较稳定的悬浮特性;而非对称性物体,由于不同姿态角下的阻力系数和扭矩系数不同,很难维持一个稳定的悬浮状态,将伴随姿态的变化不断发生振荡运动。从而说明,空间形体对称的物体自由下落过程中可以达到较稳定的最大下落速度,而形体非对称的物体则难以达到确定的最大速度。除实验研究之外,还采用动态网格数值模拟手段计算了二维方形模型下落过程中的姿态角及运动轨迹,同时得到模型不同姿态角下的阻力和扭矩,计算结果也进一步解释了物体下落速度会发生振荡的原因。     

重型货物空投系统过程仿真及特性分析

建立了货物空投系统仿真计算模型,包括货台在舱内和舱外全过程的运动特性、降落伞拉直和充气过程的轨迹特性计算等,提出了伞群模拟和多吊带系统分析的新方法。结合目前已有的降落伞性能计算模型和物伞系统运动模型,对重型货物空投全过程进行了完整计算,开发了空投过程三维动画仿真软件,通过与试验数据的对比,表明本模型能很好地满足应用的需要。分析了空投速度、伞包安装位置和牵引比等因素对空投过程的影响,指出了实际系统的改进方向。     

基于冲量定理的高速空投假人最大动载计算模型研究

假人高速空投试验旨在评估开伞过程中人体所受最大动载,由于该试验重复性差、成本高,有必要建 立计算模型为系统设计提供理论依据。基于冲量定理建立最大动载计算模型,计算特定空投条件下假人最大 动载;选取某典型假人高速空投系统作为算例,开展基于多体动力学的系统仿真,并根据仿真结果确定计算模 型的关键参数,给出最大动载计算模型的数学表达式。结果表明:本文模型可以快速有效确定假人最大动载, 评估救生伞系统安全性,具有较高的工程应用价值。     

高速再入飞行试验再入条件优化设计

飞行器返回再入时将经历极高的气动热环境,因此深空探测返回飞行器,尤其是载人飞船需要通过实际飞行试验验证相关性能,为降低成本和研制风险,通常采用大再入角和相对第二宇宙速度较低的再入速度进行飞行试验。为获得能实现高热流密度验证的最小能量再入任务方案,采用优化设计手段对飞行试验的再入角和速度以及倾侧角控制进行设计,经仿真分析表明,优化结果可达到飞行试验要求的热流密度,并可将再入速度需求降低约2．1 km／s。     

机动飞行时安装角对转子叶片振动的影响

提出旋转转子叶片在轴线发生平面偏转时的振动问题。在非线性曲杆理论的基础上，建立了在陀螺力作用下叶片振动的微分程及其求解方法，并进行了数值分析。结果表明，安装角在不同取值范围和不同转速范围对叶片振动的影响是完全不同的。对于无扭向叶片在低转速下，安装角对振动的影响是显著的；而在高转速下则是很微弱的。当安装角在某个较大的范围取值时，可有效地减弱该运动状态所导致的振动。     

基于拉格朗日力学的伞-弹系统动力学模型

为了回避牛顿力学体系在多体动力学建模过程中存在的复杂约束力求解问题,以拉格朗日力学体系为基础,从分析力学的角度出发,建立了铅垂平面内降落伞-弹系统五自由度动力学模型。详细介绍了拉格朗日力学体系动力学建模过程,推导了铅垂平面内伞-弹系统动能公式,解决了伞-弹系统广义力求解问题,给出了伞-弹所受空气动力的广义力表示。算例将建立的伞-弹系统模型和牛顿力学体系下简化的伞-弹模型进行对比,两种模型计算结果吻合,验证了本文模型的正确性。降落伞-弹系统动力学模型验证了拉格朗日力学在常规飞行器动力学建模中的可行性,为使用ADAMS等基于拉格朗日力学思想建模的商业软件进行伞-弹系统动力学求解提供理论依据,可以用于指导伞-弹系统的分析和设计。