气囊仿真分析在助推器分离试验中的应用

作为产品研制中一个重要标志性试验,助推器分离试验的意义重大。由于首次在大尺寸结构分离试验中使用缓冲气囊回收,为了确保试验的顺利完成,需要对回收过程进行详细的分析模拟。基于LS-dyna建立了回收过程的有限元模型,仿真得到了助推器与气囊相互作用的过程,并比较了助推器的截面载荷和尾段着陆速度。分析表明:气囊可以有效地减小尾段与地面的撞击速度,确保助推器在回收过程中不会发生破坏。按照气囊回收方案进行的助推分离试验圆满成功,助推器未发生破坏,验证了气囊仿真的正确性。     

不同折叠形式的柱状气囊展开过程数值模拟

柱状气囊的折叠与充气展开过程复杂,采用实验手段研究其展开过程存在诸多不便。针对柱状气囊提出两种不同的折叠方式并分别建立相对应的数值分析模型,利用非线性动力学软件 LS-DYNA 研究柱状气囊折叠后充气展开的动态应用特性,对影响气囊展开过程中蒙皮应力、体积和内压曲线变化的因素进行分析,分别讨论不同折叠方式和外界环境参数对柱状气囊动态特性的影响。结果表明：两种折叠方式在收纳空间与材料强度上各有优势;此外,环境参数中的外界压强对气囊展开后的稳定状态有较大影响,而温度对气囊展开的影响相对不明显。     

火星全向气囊的着陆缓冲特性研究

全向气囊是一种适应性较强的着陆缓冲装置,能在火星着陆过程中有效保护着陆器的安全。文章针对某一种全向气囊与着陆器构型方案,首先建立了气囊和着陆器结构的数学有限元模型,并对全向气囊的着陆缓冲过程进行了动力学仿真,获取重要结构部位的缓冲过载。其次利用全向气囊原理样机,按照仿真时的工况进行了投放试验,测量了相应结构部位的缓冲过载。研究结果表明,理论分析与试验结果基本一致,可为将来火星全向气囊的工程应用研究提供一定的参考。     

浮空气囊定常及非定常气动特性计算

对于0~20 km范围内不同外形的浮空气囊,采用虚拟压缩方法求解不可压缩非定常N-S(Navier-Stokes)方程,数值模拟了5个高度下气囊的定常和非定常流场.定常状态时,随高度及气囊外形的变化,模拟了气囊气动力及背风区复杂流动分离.结果表明,当气囊厚度率逐渐增大时,其背风区存在复杂的空间流动分离.运用双时间步方法及动网格技术,成功实现了气囊平移或俯仰运动状态下非定常流场的数值模拟.考察了不同的平移方向及速度对气囊非定常气动特性的影响,得到了气囊平移过程中气动力及流场的变化情况.对于气囊的俯仰运动,获得了不同俯仰速度及不同最大俯仰角时气囊的气动力及流场.计算结果表明气囊的非定常运动对其流场和气动力影响显著.     

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.     

气囊着陆缓冲系统的排气孔面积优化

文章以仿真分析为手段,研究了排气式气囊缓冲系统的着陆回收问题;讨论了均匀压力气囊模型的基本理论;建立了排气式气囊着陆缓冲系统的简化分析模型,包括回收舱模型和排气式气囊模型。采用响应面法得到了排气孔面积与回收舱重心处过载的关系,并通过仿真分析确认了优化分析结果的有效性。     

全向式气囊着陆装置缓冲过程的仿真研究

为了探索火星着陆器缓冲着陆技术,以"火星探路者"登陆系统的全向式气囊缓冲装置为对象,采用大型有限元仿真分析技术,实现气囊结构和着陆过程的数学和力学建模,获得全向式缓冲气囊着陆的动态过程仿真;同时得到重要结构部位的过载、重点部位的位移和速度、气囊内部的压力和温度以及气囊结构的动态应力分布等重要指标性参数和变化曲线,确定了"火星探路者"登陆系统的缓冲特性及其仿真分析方法的工程应用。     

某型无人机回收气囊缓冲性能试验研究

针对某型无人机全时段、全地形无损回收的要求,文章选用缓冲气囊的方式进行着陆回收。在前期理论研究及仿真分析基础上,通过搭建的试验平台系统对设计气囊进行投放试验,对影响气囊缓冲性能的着陆速度、排气口面积等因素进行分析,同时探究了不同地面条件对于气囊缓冲性能的影响。试验结果表明,气囊的内压峰值及最大过载与着陆速度成正比;根据仿真计算结果,选择了三组不同排气口径的气囊进行试验,并进行了分析。对于试验所选择的三组气囊,排气口直径80mm缓冲效果最好;不同地面环境对于气囊缓冲性能有一定影响,其影响程度取决于地面的力学特性,同样条件下较为松软的地面气囊缓冲性能更优。     

折叠球形气囊展开过程仿真

球形气囊展开和折叠过程复杂,采用实验手段研究其展开过程存在诸多不便。建立以单侧内折方式折叠的球形气囊数值分析模型,研究球形气囊折叠后充气展开的动态应用特性,比较相同充气条件不同折叠层数和相同折叠层数不同充气条件下气囊展开动态特性的差异;对影响气囊展开过程中体积和内压曲线变化的因素进行分析,分别讨论折叠层数、充气速率和充气量对球形气囊动态特性的影响。结果表明:单侧内折折叠次数增多会导致气囊内压最大值增大,应用时设定气囊折叠次数应考虑气囊材料最大内压承受能力;充气速率和充气量均会影响气囊展开的稳定性,充气速率的影响主要在充气及气囊展开初期阶段,而充气量的影响主要在充气完成后的自由展开阶段。