降落伞充气过程研究方法综述

文章介绍了降落伞充气过程的研究方法 ,包括完全试验方法、半试验半理论方法及完全理论方法。其中 ,着重介绍了半试验半理论方法及完全理论方法的内容及发展状况。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。     

降落伞初始充气阶段数值模拟

首先建立了初始充气模型 ;将前体、伞绳及伞衣离散为一系列弹性连接的质量节点 ,伞衣内部流场为一维不可压流 ;最后利用模型计算了初始充气阶段伞衣形状变化、伞衣投影面积变化及伞绳张力     

翼伞充气过程的流固耦合方法数值仿真

为研究冲压式翼伞折叠充气过程的流固耦合动力学特性，基于自由曲面变形理论建立了多气室冲压翼伞的展向折叠模型。流体域通过时步更新技术实现了随伞载系统运动，采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法开展了翼伞非定常充气展开过程的非线性动力学数值计算，数值计算结果与空投试验结果具有较好的一致性。深入分析了翼伞充气过程中的三维外形及非定常流场分布情况，表明翼伞充气过程由于翼尖涡绕流，存在“翼尖上翘，中部凹陷”的翼伞尾流再附现象；各气室的充气规律关于中央气室对称；分析了翼伞气动特性的动态变化规律，充满后翼伞滑翔比稳定在2.24。上述研究为翼伞设计及开伞性能预测提供了一定的理论依据。      

降落伞开伞过程的多结点模型仿真

根据降落伞的结构和力学特征,在轴对称假设下创建了伞衣及回收物系统的多结点结构模型.通过考虑应力,重力和气动力的作用效果,建立了用于无气流攻角平面圆形降落伞充气模拟的多结点结构模型动力学方程组.对开伞过程中的流场变化引入准定常假设,利用simple算法数值模拟求解RNG(Renormalization Group)k-ε湍流模型下的雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程以获得选定时刻的伞衣表面压力分布.结合多结点模型动力学方程组的解算代码和计算流体力学程序,采用流固耦合的方法对选定的平面圆形降落伞模型的开伞过程进行了动态仿真,得到了开伞过程中降落伞外形和特性的变化.通过结果分析和比较,证明了多结点模型的可行性,发展出了一种用于降落伞流固耦合计算的新方法.      

可展开航天器的充气系统分析

1引言□□充气结构的应用极其广泛,包括数据接收和传输天线、太阳防护罩、散热器、聚光器、太阳电池翼、太阳帆、充气机翼、航天器着陆系统、行星探测器充气轮胎,甚至居住舱等。充气航天器的结构形式也是多种多样,从几厘米大的微型飞行器到几千米尺寸的太阳帆或者太阳电池翼。在很多情形下,充气结构是唯一可行的选择,因为这种结构有其特有的优势,它的质量轻、折叠体积小、价格低廉、展开可靠性高,这是其他结构所无法望其项背的。2充气结构的分类按照工作方式,充气结构一般可以分为以下3类:持续充气(CI)结构,充气刚性化(RI)结构和一次性充…     

降落伞伞衣载荷的性能试验

在改变伞衣面积和透气量的情况下,在定常风洞中对小型平面圆形伞的开伞过程进行了动态试验,研究了开伞过程中伞衣形状和伞衣所受载荷之间的动态关系.伞衣载荷不仅受降落伞阻力和附加质量变化率产生的力影响,同时,不稳定性及伞衣(绳)的抖动也是产生伞衣载荷的一个重要因素.稳定型伞衣充满后的载荷平均值约为最大开伞动载的60％左右,伞衣投影直径变化引起的呼吸现象也会引起载荷波动.透气量越大,降落伞稳定性越好,但降落伞的充气性能将会变差.该实验研究可为降落伞的载荷分析提供一定的依据.      

“火星探路者”舱伞系统动力学特性仿真研究

目前,国内尚未对“火星探路者”减速下降过程中由“降落伞 后锥体 着陆器”组成的舱伞三体系统的动力学特性进行过相关研究。为了全面掌握“火星探路者”减速下降过程中舱伞系统的动力学特性,采用多体动力学的方法,建立了包括降落伞拉直、充气、全张满、抛防热大底,以及着陆器与后锥体分离等过程的全过程动力学模型,并利用模型仿真研究了“火星探路者”舱伞系统的动力学特性。研究结果表明,火星探测器舱伞系统的速度和姿态稳定所需的时间比地球环境下长、高度损失更大,进入舱纵轴需要较长的时间才能趋于垂直,系统摆角的摆动幅度较大。这些是火星探测器降落伞系统进行开伞点设计和时序设计时需要特别注意的问题,其结论可为中国开展火星探测器降落伞减速系统的设计提供重要参考。     

充气展开自支撑臂振动模态分析

充气展开自支撑臂是由层合铝膜和离散自支撑壳组成,可在无充气压力下实现对有效载荷的支撑。为提高充气展开自支撑臂振动特性预测精度,首先,基于Timoshenko梁理论和哈密顿原理,推导了自支撑臂振动微分方程,提出了考虑充气压力的预应力和构型变化的梁单元模型。该单元模型考虑了结构自支撑壳的离散分布特性,使建立的质量矩阵更接近自支撑臂结构的真实值。然后,通过实验对该模型进行验证,结果表明本文方法比传统梁单元模型具有更好的精度。最后,分析了充气压力和自支撑壳宽度等参数对自支撑臂结构振动模态的影响规律,结果可为充气展开自支撑臂的设计提供理论参考。      

充气薄膜桁架的协同折叠设计及展开过程仿真

充气薄膜桁架结构可应用于大型空间充气薄膜航天器的展开部件和支撑结构。研究了充气薄膜桁架结构的协同折叠设计方案，首先推导了蒙皮结构的折叠状态几何公式，然后设计充气桁架的折叠方案，以几何适应于蒙皮结构折叠状态。建立了协同折叠设计方法，并得到了参数化模型。方案实现了横向和纵向同时折叠，横向折叠率为267，纵向折叠率为882。基于改进的弹簧 质点系统，完成了充气薄膜桁架结构的充气展开动力学仿真，得到了展开动力学行为和参数。仿真结果表明展开过程平稳可靠，未发生各构件间的物理干涉，从而评估了协同折叠设计方案的合理性，为此类结构的工程应用提供了技术支撑。     

充气可展天线精度分析和形面调整

充气可展天线结构是以柔性薄膜材料制造的一种新型可展天线.对一类充气可展开天线系统进行结构设计,并相应地建立了充气结构的有限元分析模型.对充气反射面进行了精度分析,研究各参数对形面精度的影响,包括内压、膜材厚度、材料属性、天线焦距等;比较了3种实验姿态下重力对形面的影响,选择其中一种能够很好地模拟失重环境;针对特定的天线结构系统,提出了可行的形面调整新方法.分析和实验表明,调整方法能够有效提高形面精度.      

一种计算开伞动载的实用方法

依据海因里奇开伞动力理论,在计算个表充满时间的连续方程中,考虑了伞顶孔,伞顶部分大透气量织物面积,以及伞衣中、下部分织物透气量对开伞动载的影响。引用了非线性的阻力特征文化曲线［２］,计算伞衣充气过程中阻力特征的变化。并考虑了伞衣充气过程初始瞬时的阻力特征,假设在伞衣初始充气时期的一段时间中,进气口直径为常值,数值上等于［４（ＣＡ）０／Ｃ（ｓｔ）π）］（１／２）。计算实例表明,计算结果与实测数据相比较,其一致性是比较满意的。     

降落伞系统附加质量的研究

降落伞在减速系统中已被广泛地运用，但是其运动方程的确立，尤其是方程中的附加质量项，在中国却少有提及，为了弥补此点不足，文章对附加质量进行了较全面的阐述，从概念引入，在方程中的运用，确定方法及变化规律，到对稳定性的影响分析，对于降落伞此类轻质的，柔性的钝体，附加质量受到多种因素的影响，其规律可由试验数据得出，而由根轨迹图分析可知，附加质量对稳定下落时的降落伞系统稳定性有着重要影响。     

基于凯恩方程的无人机伞降回收动力学建模与仿真

在无人机的伞降回收过程中,无人机与降落伞一直都处于实时的动平衡状态,两者在伞降回收过程中的耦合关系及其复杂,因此很难建立精准的无人机伞降回收动力学模型。针对该问题,将伞降回收系统划分为降落伞和无人机分别进行处理。针对时变对象降落伞,通过阻力面积随充气时间的变化关系建立其动力学模型。针对无人机,首先,基于多体动力学思路,将其划分为左右机翼和机身的多体系统,通过平板绕流系数优化其伞降过程中的大迎角动力学模型;然后,通过偏速度矩阵将各体的动力学模型引入伞降回收系统质心;最终,基于凯恩方程推导并建立了伞降回收系统六自由度模型,并引入海拔高度和风力对无人机伞降回收的影响。通过数值仿真与实验数据的对比,可以发现两者具有较好的一致性,该动力学模型能够为无人机的伞降回收提供指导。      

物—伞系统运动稳定性初探

弹道－升力式再入飞行器常采用旋成体外形，但其质心偏离对称轴（纵轴）设置。这种飞行器在着陆前要采用降落伞作为主减速手段。研究质心偏离对称轴的旋成体与降落伞组成的系统的运动稳定性是一项有工程实践意义的课题。作为一种初步探索，在把降落伞视作刚体的条件下，按该系统平面运动方程考察其在平衡状态附近的稳定性，给出了运动稳定性判据。     

Technology development for a long duration,mid-cloud level Venus balloon

This paper describes the results of ongoing technology development activities for a Venus spherical superpressure balloon capable of flying for long durations (30 days) in the middle cloud layer at an altitude of 55.5 km. Data is presented from a successful aerial deployment and inflation flight experiment on a 5.5 m diameter prototype balloon conducted at a 2.5 km altitude above the Earth. Although the balloon in that test was not released for free flight, all other steps in the deployment and inflation process were successfully executed. Experimental and computational results are also presented from an investigation of the stress concentration phenomenon at the junction of the metal end fitting and fabric end cap of the prototype Venus balloon. Good agreement was found between the simulation and experimental results and a stress concentration factor of 1.55 determined for this end cap design compared to the expectations of thin membrane theory. Finally, results are presented for a new, second-generation Venus balloon material utilizing Aclar™ film instead of Teflon. Optical property and sulfuric acid tolerance data are presented for this material based on laboratory testing of samples.