大型冲压翼伞新技术

文中针对大型冲压翼伞发展的两大难题：开伞动力学和收口技术，介绍了两种分析大型冲压翼伞气动力性能的方法－－飞行性能模拟法和有阴地模拟法，最后介绍了美国先锋公司开发的中幅收口技术。     

大型冲压翼伞新技术

文中针对大型冲压翼伞发展的两大难题:开伞动力学和收口技术,介绍了两种分析大型冲压翼伞气动力性能的方法——飞行性能模拟法和有限元模拟法,最后介绍了美国先锋公司开发的中幅收口技术。     

减速伞收口状态气动特性仿真与试验研究

减速伞是回收着陆系统中重要的气动减速装置,其气动特性关系着整个减速着陆过程的成败。由于减速伞开伞动压高、载荷大的特点,结构设计及参数选择非常关键,并且,为减小开伞动载,一般采用底边收口的形式控制伞衣逐级充气展开。文章所述的减速伞具有两级收口装置,基于某伞型为带条伞的减速伞进行了收口状态的数值仿真分析和风洞试验研究。利用流固耦合方法获得了减速伞的收口展开过程中典型阶段的气动外形,采用计算流体力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)方法对收口状态下的减速伞进行了气动特性计算分析。同时,为考察减速伞收口状态的稳态阻力特性及收口解除过程中的阻力特性变化,并验证收口解除装置的工作可靠性,在亚声速风洞中对减速伞进行了稳态及动态解除收口试验。通过减速伞风洞实验,对其阻力面积及动态特性参数进行了测量,实验结果表明仿真计算能够较为准确的预测减速伞收口状态的气动及动力学特性,且误差不大于5%,从而能够为减速伞的结构及强度设计提供重要依据。     

涡环旋转伞系统开伞充气过程仿真研究

涡环旋转伞是一种典型的旋转降落伞,可靠充气展开是其旋转稳定工作的前提。文章以一种典型涡环旋转伞系统为研究对象,采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法研究了无限质量和低速气流条件下的开伞充气展开过程。获得了充气过程中伞衣幅和伞绳的动态变化过程以及开伞动载、伞衣展开直径、伞绳拉力等时程变化规律。结果表明,非轴对称结构的涡环旋转伞系统在合适的开伞条件下,短时间内可实现稳定旋转,并具有良好可靠性。研究结果对旋转伞系统的减速导旋机理及其结构优化设计具有参考意义。     

基于预处理方法的冲压式翼伞非定常气动特性数值研究

开展绕冲压式翼伞内外一体化流场的二维、不可压、非定常数值模拟。采用预处理的双时间步长方法，研究了冲压式翼伞在有攻角飞行时阻力、升力的瞬态特性和非定常旋涡脱落对翼伞气动力的影响问题。气动力特性的计算值与实验结果吻合较好，并观察到升力和阻力在大攻角飞行中的周期性变化规律。同时流场的瞬态特性证实上翼面旋涡的发展与运动是导致翼伞气动力脉动的主要原因。计算发现在前缘切口的冲压作用下，翼伞内部的压力较高，气流几乎保持滞止，这是维持翼伞充气外形的主要原因。     

冲压翼伞上翼面开缝技术研究进展

上翼面扰流缝驱动是一种新颖的控制冲压翼伞横向和纵向飞行性能的方法。文章概括了近年来国外冲压翼伞上翼面开缝技术的研究方向和进展,依次对影响冲压翼伞气动性能的四个扰流缝结构因素——开缝方向、弦向位置、下拉度和开缝气室展向分布的研究情况与结果进行详细阐述与分析总结,得出结论前缘侧扰流缝在纵向控制方面比后缘侧扰流缝更有效。扰流缝的合理弦向位置大约位于0.15~0.3c(c为翼伞的弦长,0.15~0.3c表示开缝位置与翼型左侧之间的弦向距离)。在扰流缝最大下拉度以内,滑翔比随下拉度增大而线性减小,大下拉度还能使翼伞飞行延迟大约4°迎角失速。扰流缝下拉度很小时存在一定范围的死区,之后转率随着下拉度的增加线性增大。开缝气室数量超过最大开缝气室数量时,翼伞系统变得难以控制,且最大转率会饱和。在最大开缝气室数量以内,随着开缝气室数量增加,扰流缝的有效性随之线性增加。开缝气室离伞衣中心线越远越容易产生高的转率,但是会降低滑翔比的控制性能。相比于其他控制方式,下拉扰流缝所需的力远远要小,能有效减小翼伞控制单元的尺寸,对翼伞的操作有重大的意义。该研究可为翼伞精确空投技术研究提供一定的技术参考。     

基于预处理方法的冲压式翼伞非定常气动特性数值研究

开展绕冲压式翼伞内外一体化流场的二维、不可压、非定常数值模拟。采用预处理的双时间步长方法 ,研究了冲压式翼伞在有攻角飞行时阻力、升力的瞬态特性和非定常旋涡脱落对翼伞气动力的影响问题。气动力特性的计算值与实验结果吻合较好 ,并观察到升力和阻力在大攻角飞行中的周期性变化规律。同时流场的瞬态特性证实上翼面旋涡的发展与运动是导致翼伞气动力脉动的主要原因。计算发现在前缘切口的冲压作用下 ,翼伞内部的压力较高 ,气流几乎保持滞止 ,这是维持翼伞充气外形的主要原因。     

大型冲压翼伞空投试验

美国先锋航空航天公司自1967年起就在研制大型冲压翼伞。本文简要介绍其在1988年至1992年间进行的冲压翼伞空投试验情况。该公司在这期间先后共进行了11次大型翼伞的空投试验,从中取得了大量有关高级滑翔冲压翼伞的研制经验,这包括翼伞尺寸、回收重量、翼伞载荷、收口系统技术和翼伞控制系统技术等。     

低密度大气中降落伞开伞动载的研究

文章根据建立的降落伞充气过程中轴向和径向动量方程,研究了低密度大气中降落伞的开伞动载。通过计算并与高密度大气中开伞动载的比较,得出了低密度大气中开伞动载的特点。     

降落伞收口绳载荷计算方法研究

在降落伞系统设计中,考虑到结构强度、质量和开伞过载限制等因素,需要对降落伞开伞载荷进行控制,收口设计是控制降落伞开伞载荷的有效方法。群伞系统通常采用多级收口设计以有效控制多个降落伞充气过程的同步性和开伞载荷的一致性。收口装置是降落伞的关键部件之一,其任何部分失效不仅会造成降落伞系统性能降低,并且有可能导致系统产生灾难性的故障。收口绳是收口装置的主要承力部件,由于降落伞充气展开过程十分复杂,精确计算收口绳的载荷较为困难,空投试验中也无法直接进行载荷测量。文章通过分析研究基本的理论方法,结合相关试验数据,提出了一种保守估计收口绳载荷的计算方法,并且给出了有效、实用的收口装置设计原则和建议。实际空投试验结果和数据表明:该方法是合理可行的,可以为降落伞收口环节设计提供依据和参考。     

翼伞技术研究的最新发展

当今美国对翼伞的研究非常活跃,涉及的面非常广,内容也很丰富,其中包括研制特种新型翼伞、空投重物的大面积翼伞、用GPS(全球定位系统)为导航仪的定点着陆控制技术、翼伞操纵训练的计算机仿真、翼伞的竞技运动及其他应用技术等。文中将重点介绍三项可借鉴的最新成果。首先,介绍一种新概念的全封闭前缘后掠翼伞,内容涉及到该种翼伞的展弦比、结构参数、材料、开伞、充气动态性能、有效载荷、机动性等。其次,介绍模拟机的研制,该机成为跳伞运动员专业教学训练的新工具,还可为先进的精确机载回收系统提供仿真,从而有机会全面了解风、有效载荷对控制的影响。最后,介绍在美国高滑翔回收系统中,具有新里程碑意义的GS—750—1翼伞,由于不断的改善性能,提高精度,从而能自动降落到离中心目标100m之内的地方。     

翼伞系统雀降性能及控制研究

根据翼伞系统的动力学方程,建立六自由度运动模型。对翼伞系统雀降过程进行仿真,分析了操纵方式对雀降性能的影响。在归航过程中着陆阶段的特定情况下,针对航迹跟踪过程中产生的纵向偏差,设计PID控制器对偏差进行修正。仿真结果表明:所设计的控制器简单有效地消除了纵向的偏差,保证了雀降操纵的顺利实施。     

可控翼伞回收系统运动特性仿真研究进展

扼要地介绍了近年来我国航天科技工作者在翼伞回收系统运动仿真研究方面所做的工作。内容涉及翼伞系统的建模、滑翔转弯与雀降性能仿真研究以及相应的稳定性分析。研究结果对翼伞回收系统的设计和试验有参考价值。     

可控翼伞的飞行控制程序设计与运动仿真

文章介绍可控翼伞飞行控制程序的设计。以提高落点精度和减少操纵量为准则 ,设计了分阶段的归航控制程序 ,该程序中的关键参数运用仿真优化方法得以确定。为验证和改进翼伞飞行控制程序 ,构建了翼伞归航的可视化仿真环境。该仿真环境可以给出在设定条件下归航的仿真结果 ,包含翼伞系统运动轨迹的显示和统计分析结果 ,同时能直观地显示翼伞系统在三维场景中的归航过程。     

翼伞系统两体相对运动分析

为提高翼伞系统的测量和控制精度 ,分析物体和伞体之间的相对运动关系是十分必要的。在物 -伞之间两点吊挂及相应约束的条件下 ,分析了两刚体间的力学关系 ,建立了八自由度的两体相对运动模型。对运动的非线性偏微分方程组进行了数值求解 ,分析了单侧、双侧控制输入 ,及侧向突风干扰下的系统响应情况。算例分析的结果表明 ,此模型可用于分析和解释翼伞系统两体相对运动中的问题和现象     

流体动压密封设计

基于有限元Matlab软件平台对流体动压密封进行了计算机数值仿真分析与计算,研究了流体动压密封动环对数螺旋槽半径和螺旋角与流体动压密封开启力和泄漏量之间的关系,得出了流体动压密封设计准则;通过激光打标工艺试验得出了激光打标刻蚀对数螺旋槽的工艺规范,采用该工艺规范加工出的对数螺旋槽动环满足设计要求。流体动压密封介质运转试验结果表明:流体动压密封有限元Matlab计算机数值仿真分析与计算是合理的,流体动压密封设计和工艺规范是正确和有效的。     

翼伞系统分段归航轨迹的优化设计

如何有效利用翼伞系统自身的可操作性来规划归航轨迹 ,一直是研究人员关心的问题。近来 ,分段设计的方法以其计算简单、轨迹可知和工程实用的特点而备受关注。从六自由度动力学建模和仿真入手 ,分析了翼伞系统飞行的基本特性 ,在此基础上进一步简化了模型。然后详细介绍了一种分段优化设计翼伞轨迹的思想和各阶段的特点 ,仿真试验结果表明此方法是可行的。     

火星进入舱开伞弹伞载荷动力放大系数研究与试验验证

首先推导了单自由度系统在矩形和半正弦波形脉冲冲击下响应谱动力放大系数与脉冲作用时间的理论解析公式,然后采用有限元显示冲击动力学分析方法,分析了火星探测器进入舱进入过程中开伞弹伞低频大冲击载荷的载荷波形、脉冲作用时间以及结构阻尼对进入舱主结构动力放大系数的影响;最后介绍了开伞载荷悬吊冲坠模拟冲击动载试验和弹伞载荷真实弹伞筒冲击动载试验。分析与试验结果表明:冲击作用时间在1 ms以下时,结构衰减效应明显,冲击作用时间大于5 ms后,动力放大系数同波形下趋于稳定;开伞载荷由于指数型前沿上升时间较长,动力放大系数基本为1;弹伞载荷上升前沿较陡,矩形前沿波放大倍数在1～2倍之间。上述研究可为火星探测器进入舱结构载荷条件的确定提供参考。