火箭助推器回收稳定减速阶段动力学仿真分析

针对火箭助推器的伞降回收稳定减速阶段,开展了助推器回收系统各部分受力分析,建立了多体系统的动力学方程组和约束方程组;同时搭建了火箭助推器回收系统的动力学模型,模拟了火箭助推器回收系统开始工作直至翼伞开伞前的整个过程。仿真结果表明:稳定伞和减速伞对火箭助推器起到了稳定姿态和减速作用,为翼伞开伞提供了条件;通过与试验数据的对比,验证了火箭助推器回收系统动力学模型的准确性。     

基于多体动力学的大型翼伞系统飞行仿真分析

飞行动力学分析是大型翼伞系统设计及归航方案研究的重要基础。为此,提出了基于多体系统动力学理论的大型翼伞系统飞行动力学仿真分析方法,给出了相应的多体系统模型,建立了系统的运动学约束方程组和飞行动力学变分方程组。通过引入拉格朗日乘子,获得了大型翼伞系统封闭的飞行动力学方程组,对某大型翼伞系统的飞行动力学过程进行了仿真计算。结果表明,与小型翼伞系统相比,大型翼伞系统的稳定滑翔速度大、抗外界干扰能力强、转弯半径大、转弯周期长、操纵响应慢。此外,风速和风向对大型翼伞系统的飞行轨迹和着陆点的位置有明显影响。对于同一具翼伞,回收物重量和初始高度是影响留空时间的主要因素。所提方法可以有效、准确地应用于大型翼伞系统的飞行动力学仿真分析。     

内置式空中发射运载火箭发射方向研究

对运载器与载机分离过程的几个阶段采用统一模型进行研究,建立了分离过程物伞系统的刚体-质点模型。以此数学模型为基础,对空中发射的分离过程用Matlab/Simulink进行了仿真计算。结果表明,前向发射在分离过程结束时运载器的高度损失和速度损失比后向发射小,性能优于后向发射,对实际工程应用具有重要参考价值。     

运载火箭空中发射伞降运动分析

主要计算了运载火箭内舱式空中发射过程中,运载器在点火以前,运载器及降落伞系统(物伞系统)从发射平台抛出后的运动轨迹及姿态。通过分析两刚体的力学关系,建立了九自由度的物伞系统数学模型,并进行仿真计算。由仿真结果可以决定其最佳的发射时间及姿态。     

基于凯恩方法的箭伞系统动力学建模与分析

对于内装式空中发射方案,箭机分离过程中可以采用阻力伞稳定运载火箭点火前的姿态。针对这一过程,利用凯恩方法建立了箭伞系统的9自由度动力学模型,并编制了箭机分离过程仿真程序。仿真结果表明,阻力伞可以使运载火箭获得合适的发动机点火时机,并能够有效抑制运载火箭的偏航扰动运动。     

基于伞载多体动力学的降落伞开伞过程研究

针对降落伞开伞过程中柔性大变形、强非线性和强耦合性的特点,采用伞载多体动力学方法,以充气时间为自变量,分别建立拉直、充气和稳降3个阶段的动力学模型。对降落伞开伞过程中物伞系统运动学和动力学进行数值分析,研究降落伞开伞过程,通过某型号降落伞飞行试验验证,表明：基于多体动力学的降落伞开伞过程计算简单方便,能够快速指导降落伞的设计迭代,计算结果可以很好地体现降落伞的开伞特性。     

吸气式重复使用运载器弹道仿真研究

在对国内外吸气式可重复运载器的发展现状进行了分析后,建立了吸气式重复使用运载器动力学模型、地球模型以及大气模型等数学模型;建立了空天飞行器的弹道仿真系统。并以某吸气式重复使用运载器为研究对象,利用MATLAB编写程序,进行了飞行弹道的模拟仿真。仿真试验表明,计算方法及相应的仿真系统是合理可行的,可应用于吸气式重复使用运载器可行性的评价。     

锥形降落伞开伞过程流动结构相互作用的数值模拟

根据多结点开伞模型建立了锥形降落伞系统的变形动力学方程组来对充气过程中的伞衣柔性体变形过程进行模拟.结合多结点模型动力学方程结算代码和计算流体力学软件,对降落伞的充气过程进行流固耦合动态仿真,从而得到充气过程中伞衣外形和流场的变化,以及充气时间、下降速度变化和下降距离等相关数据,与国外研究成果相吻合.      

考虑适配器接触变形的载荷重力出舱分析

载荷与载机的分离结果对载荷后续工作有重大影响。首先,针对以适配器起支撑及导向作用的分离系统的分离过程,考虑了适配器与载荷存在的3种空间相对位置情况,通过选取接触部分中心点为接触点建立了适配器接触模型;然后,给出了多体系统的动力学方程组与约束方程组,并对某分离系统的分离过程进行了仿真分析。仿真结果表明,初始俯仰角对分离后载荷姿态和角速度影响较大,初始迎角和速度对分离的影响类似;此外,在侧风情况下存在侧向运动会增加摩擦力以及载荷与适配器的碰撞次数。所得结论可为内置式载荷重力分离提供参考。     

翼伞后缘偏转过程的流固耦合动力学特性

深入研究翼伞后缘偏转过程的气动与结构耦合动力学问题是解决大型翼伞精确空投系统机动转弯和雀降等操纵动作设计分析的重点内容。首先基于ALE算法和罚函数耦合方法对翼伞后缘偏转过程进行流固耦合动力学建模,之后基于结构化的ALE求解方法和瞬态非线性求解器对翼伞三维模型的单个气室后缘偏转进行仿真验证,预测了后缘偏转运动引起的周围流场流动分离现象。分别针对翼伞后缘单侧下偏和双侧下偏过程的流固耦合行为进行仿真分析,获得全时域内翼伞结构场和周围流场特性动态演化结果,以及翼伞气动性能参数时间历程曲线,发现了后缘下偏过程的操纵延迟现象。最后通过风洞试验对仿真结果进行验证,证明了方法的有效性,为大型冲压翼伞的设计和应用提供理论和技术支撑。     

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。     

内置式重力空射火箭运动出舱安全性分析

为研究内置式重力空射火箭运动出舱的安全性,应用多体动力学软件(ADAMS)构建了重力空射载机-箭-伞系统的动力学仿真模型,利用动态链接子程序实现了气动力的加载,分析了稳定伞阻力特性、滚轮摩擦系数、载机飞行速度和载机飞行俯仰角对火箭出舱安全性的影响,根据仿真计算结果得出了影响因素对火箭运动出舱整个过程安全性的影响规律.     

空中加油系统的多体动力学和CFD仿真

介绍了作者基于Fortran程序开发的一个多体动力学求解器.依托多刚体系统理论、基于绝对节点坐标(ANCF)法描述的常质量/变质量索梁单元和计算多体动力学方程组求解技术,该求解器可用于分析飞行器拖曳结构中的索-刚体约束系统的动力学问题.本文基于并行CFD求解器PMB3D的动态重叠网格功能,构建了多体动力学和计算流体力学的非定常耦合计算程序.以软式空中加油系统为例,对真实外形飞行器拖曳系统的气动-动力学特性进行了仿真研究.探讨了战斗机构型进行软式加油对接时产生的气动干扰问题,研究了受油机的接近速度和初始偏移量对对接效果的影响.     

导弹高空级间分离过程反向喷流流场数值模拟研究

采用有限体积法求解三维守恒N-S方程组,按准静态处理,对导弹130km高空头体级间分离过程反向喷流流场进行了数值模拟,并分析了N-S方程的有效性。分析了流场参数分布、气动力分布特性及轴向力随分离距离变化情况。计算结果为头体分离方案提供一定的参考依据。     

重复使用天地往返运载器飞行弹道计算研究

介绍了应用于吸气式重复使用天地往返运载器的RBCC动力,根据动力学和运动学方程及地球物理方程式,利用数值积分方法,计算并比较了采用RBCC动力水平起飞、垂直起飞及纯火箭动力垂直起飞的运载器飞行弹道。计算结果表明,相比于纯火箭动力,RBCC动力有效地降低了运载器的燃料消耗量,但热环境明显要恶劣。     

航天器非火工连接分离技术研究综述

针对工程上对低冲击非火工连接分离技术的需求,以载人航天及未来深空探测任务需求为牵引,梳理了国内外航天器非火工连接分离技术的研究进展,从电磁作动、形状记忆合金、热致动等分类角度,分别对其技术实现途径、作动机理、性能指标、参数情况等进行了评述。对国内外研究差距进行了对比分析,总结了我国航天器非火工连接分离技术领域亟需攻关的关键技术,包括航天器大承载连接分离的系统方案设计、分离解锁冲击载荷的减缓与防护技术、连接与分离过程动力学建模与仿真技术和非火工连接分离装置地面试验验证技术等。     

翼伞空投系统的动力学建模与飞行控制仿真

针对翼伞系统设计及翼伞归航方案的研究需求,提出翼伞系统动力学建模与仿真分析方法,利用动力学仿真软件ADAMS对翼伞空投系统飞行动力学过程进行了计算.针对翼伞系统精确空投任务,利用分段归航方法规划翼伞系统飞行轨迹并搭建PID控制系统对翼伞系统的飞行轨迹进行控制.结果表明:翼伞系统受到单侧下偏操纵时,影响的是翼伞系统的转弯性能,翼伞的飞行轨迹为螺旋形曲线,并且翼伞系统在下降过程中,其转弯半径保持不变,分段归航方法简单,易于实现,满足翼伞归航对落点精度的要求.     

可重构的卫星/运载复用电子系统设计

采用小型运载器能够降低卫星发射成本,针对小型运载器运载能力有限的情况,通过卫星与运载电子系统特点分析,提出可重构的卫星/运载复用电子系统设计方案。该方案采用基于总线的混合结构,并将可重构计算技术应用于中心计算机的设计,利用片上可编程系统（SOPC）、软硬件协同设计以及硬件描述语言（HDL）设计等技术完成系统功能。通过对现场可编程门阵列（FPGA）的重构,星载计算机实现对运载器与卫星的控制与管理,并能够进行故障处理及在轨升级。构建地面实时仿真系统并进行仿真测试,得到重构时间在（500±40）ms范围内、〖JP〗控制周期可达10 ms的仿真结果,验证了本文所提出方案的可行性与系统重构的有效性。通过硬件的分时复用,复用电子系统能够有效降低发射成本,并解决系统资源、多功能与高性能需求之间的矛盾。     

新型飞机弹射座椅稳定和延时降落伞系统

弹射座椅已广泛用于高性能军用飞机,保持座椅及其乘员在弹射离机后、主伞张满前的稳定性十分重要。现有的方法是通过展开稳定伞达到稳定作用,主伞须在座椅速度减到相当低的速度时才张开。而在稳定伞脱离和主伞张开之间有段时间,在此期间座椅也常常出现翻滚现象,并导致主伞开伞时呈不利姿态。 美国一设计师设计出一种新型飞机弹射座椅稳定和延时降落伞系统(见附图)旨在减短稳定伞脱离和主伞伞绳拉直及主伞张开之间的不稳定时间,保证主伞在5秒钟内张开。此外,该系统还保证延时打开主伞,直到空速和高度降低到适合主伞张开的范围。系统工作程序为:牵引式火箭射出后通过绳索牵引固定在座椅背后的     

运输机空投货物建模与任务性能影响因素研究

针对当前运输机空投货物模型可拓展性不强的问题,提出了分离体的建模方法。在无需分析货物与飞机整体质心变化的情况下,分别以货物和飞机为对象进行受力分析,推导了货物与飞机之间的相互作用力,建立了更加贴近实际的运输机单件货物空投和连续空投的动力学模型。最后,通过数值仿真,分析了飞行速度和牵引伞牵引比对空投任务性能的影响。结果表明,飞行速度和牵引比越大,飞机在货物干扰作用下的状态变化量越小。