载人飞船返回舱气囊缓冲多目标优化设计

以优化载人飞船气囊缓冲综合性能为目的,建立了载人飞船环形组合气囊缓冲过程的简化模型,以最大过载、终端触地速度、气囊初始充气质量为目标函数建立了多目标优化模型,采用多目标遗传算法进行求解。计算结果表明该方法能在有效降低终端触地速度的同时,兼顾最大过载及气囊初始充气质量,从而达到气囊缓冲综合性能优化的目的。     

温度对油—气式起落架缓冲性能的影响研究

油—气式缓冲器内部的油液特性及充气压力会随环境温度而变化,进而影响起落架的缓冲性能。为了探究温度对油—气式起落架缓冲性能的影响,在起落架落震试验的基础上,提出一种缓冲器环境温度模拟方法,并分析油—气式起落架缓冲器在20~80℃环境温度下的缓冲性能。结果表明：在所研究的温度范围内,缓冲器初始充气压力对温度变化敏感,随着温...     

着陆缓冲气囊的无反弹设计方法研究

着陆缓冲气囊发生反弹将造成系统姿态不可控、二次冲击等危害,针对排气型着陆缓冲气囊系统易发生反弹的问题,提出了一种着陆缓冲气囊的无反弹设计方法。首先给出了6种不同形状气囊的缓冲过程变形假设,并基于牛顿第二定律和热力学方程建立了气囊系统的动力学解析模型;然后采用该模型以无反弹为约束条件对着陆缓冲气囊进行优化,实现了气囊的无反弹设计。运用此方法对圆柱形气囊进行无反弹多目标优化,得到了有效载荷最大冲击加速度更小、触地速度更小,且缓冲过程无反弹的气囊模型;优化前后气囊模型的解析计算结果与有限元仿真结果一致性好,表明所建解析模型合理,精度较高,验证了所提方法的有效性。     

旋成体大迎角侧向力的控制方法计算研究

提出了运用充气气囊控制旋成体大迎角非对称分离涡的思路,并通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程模拟了不同形状充气气囊作用下的流场,得到了充气气囊形状对旋成体侧向力的影响规律,计算结果表明充气气囊完全可以形成期望的流动干扰,为飞行器大迎角侧向力的控制探索了一条新的途径。     

充气囊体力学性能试验研究

针对充气囊体在较高气压下具有显著的非线性大变形特征、且囊体为柔性结构变形测量困难的问题,采用非接触式全场应变摄影测量系统,测试了充气囊体在不同充气压力作用下的变形特性,得到了充气囊体表面不同区域薄膜应力随囊体尺寸、充气压力变化规律,验证了充气囊体在载人条件下的承压安全性,并得到了不同尺寸充气囊体的压力容限。     

大迎角侧向力控制的一种新方法探索研究

本文提出了运用充气气囊控制飞机头部大迎角分离涡的思路,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程模拟了不同形状充气气囊作用下的飞机大迎角流场。计算结果表明,通过飞机头部增设充气气囊,可以改变飞机大迎角分离涡的强度和空间涡轨迹,其意义在于一方面可以通过充气气囊获得希望的某个方向侧向力;另一方面通过充气气囊的变化,可以实现对侧向力大小的控制。这种充气气囊控制分离涡的技术思路具有成本低、不破环飞机外形和实现方便的优点,为飞行器大迎角侧向力的控制探索了一条新的途径。     

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。     

无人机滑橇缓冲装置动力学仿真分析

着陆缓冲装置的性能主要依靠缓冲器来实现,而缓冲器的仿真建模是虚拟样机设计的关键,传统的缓冲器建模方法主要采用理论公式法,其精度较难确定。根据无人机的使用要求,设计一种适用于伞降回收的滑橇缓冲方案;运用缓冲器静压试验及缓冲器落震试验数据曲线建立缓冲器动力学模型;基于缓冲器动力学模型研究全机多刚体落震模型,对无人机着陆缓冲过程的动态特性进行仿真分析;应用有限元技术对滑橇结构动态响应进行非线性动力学仿真分析,并根据仿真结果优化滑橇缓冲装置设计参数。结果表明:仿真结果与全机落震试验结果相吻合;所建立的无人机落震模型精度较高,满足工程需要,能极大地减少试验成本,缩短研制周期。     

直升机起落架双腔式缓冲支柱的动刚度研究

建立了直升机起落架双腔式缓冲支柱的数学模型,利用静力试验数据对模型参数进行了识别,并由静力试验、激振试验结果对数学模型进行了验证。所建的数学模型能正确反映双腔式缓冲支柱的静载荷随位移的变化规律,动刚度特性与试验数据吻合良好。双腔式缓冲支柱的动刚度随静位移呈现严重的非线性特性,振动频率对缓冲支柱的动刚度影响较小,而高、低压腔的充气压力对动刚度会产生严重影响。     

拦阻钩触舰反弹动态分析及缓冲性能研究

首先建立了舰载机滚转时拦阻钩触舰碰撞和反弹过程的动力学模型。讨论了碰撞过程中飞机滚转角、下滑角的影响,分析了反弹过程中,拦阻钩缓冲器初始充气压力和油液阻尼孔大小对缓冲性能的影响。结果表明,随着滚转角的增大,拦阻钩横向受力骤增;随着飞机下滑角的增大,其弹起角速度和所受冲量呈线性增加。缓冲器油孔的缩小和充气压力的增大能减小拦阻钩的弹起高度和回落时间,改善其拦阻性能。     

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。     

空间再入充气结构的流固及热固单向耦合研究

为描述空间再入充气结构的非线性结构动力学行为,基于二维坐标系计算了再入返回过程中的弹道方程,利用CFD数值模拟研究了不同再入高度处的流场及表面热流分布。同时基于有限元理论建立了空间再入充气结构的有限元模型,研究了充气压力、薄膜厚度等材料非线性因素对静力学特性和模态特征的影响,并利用流固及热固单向耦合的方法,分析了考虑高超声速流场气动压力和气动热作用下空间再入充气结构的特性变化。研究表明:驻点最大热流密度随半锥角的增大而减小,随初始再入角的增大而增大;当飞行高度大于40km时需着重考虑气动加热效应对结构热应力及热模态的影响,而飞行高度小于40km时气动压力对结构静应力及模态特征影响更大。     

阻力伞及气囊气动特性风洞试验技术研究

对阻力伞、气囊等柔性减速器进行了风洞试验研究。采用高速摄像清晰地记录了阻力伞在M=1．0条件下的开伞过程、气囊在M=6．0条件下充气过程的外形变化，准确地测得了气囊在M=6．0条件下充气过程的阻力时间历程，且气囊充气过程外形变化的时间历程与阻力时间历程相符。此外，对阻力伞高速风洞试验的堵塞度影响进行了研究。结果表明，通过研究，为柔性减速器的气动特性测试建立了新的试验技术。     

无人机绳钩回收系统的动力学特性仿真分析

无人机(UAV)精确定点回收是促进中小型无人机广泛应用的关键技术,而绳钩回收是一种适合小型固定翼无人机在狭窄场地或舰船上实现精确定点回收的先进回收方式,其具有良好的研究应用价值和开发前景。采用基于矢量封闭环、欧拉运动学和动力学方程的联立约束法,解决了无人机绳钩回收系统的空间机构运动的动力学求解问题。基于无人机绳钩回收系统动力学模型,对无人机回收时系统吸能缓冲过程中的动力学特性进行了深入分析。在MATLAB/Simulink环境中通过对动力学模型的仿真,得出以无人机速度变化为代表的系统主要性能指标,同时探讨了参数变化对系统主要性能的影响,并分析了回收过程中拦阻力峰值载荷下的机翼应力和应变。结果表明,无人机绳钩回收性能优良,是一种可开发研制的新型回收技术,为开展无人机绳钩回收系统的工程研制提供了重要的理论参考。     

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。     

气囊着陆缓冲过程仿真分析

针对气囊着陆缓冲与反弹问题,以对称的胶囊状双气囊缓冲系统为研究对象,提出了气囊的等效弹簧刚度和阻尼模型,讨论了着陆速度与气囊等效阻尼的变化关系。建立了双缓冲气囊的有限元模型,基于显式计算方法对双气囊有无排气孔的着陆缓冲过程进行了仿真,表明有排气孔气囊能实现软着陆。建立了有排气孔的芳纶织物双气囊缓冲试验系统,通过电磁快速释放装置完成了双气囊被动式排气孔的测试。结果表明,被动式排气孔的胶囊状气囊能有效起到缓冲作用,无侧翻和明显反弹,并验证了设计方法的正确性。     

充气式蓄能器参数选型方法研究

容积和预充气压力是充气式蓄能器的关键参数，对其动态性能（工作状态下，其压力与流量的输出性能）有较大影响。以某型飞机舵面应急型充气式蓄能器计算选型为例，基于Hypneu 仿真软件中的液压元件库，结合该型飞机液压系统的主要设计参数以及应急型蓄能器的工作原理，建立蓄能器作动仿真模型；在Hypneu中设置测试点记录仿真曲线，通过分析仿真曲线探究充气式蓄能器的关键参数对其动态性能的影响；结合理论计算与仿真分析，提出一套蓄能器参数选型方法，并通过试验验证该选型方法。结果表明：蓄能器的预充气压力越大，初始蓄能器输出的有效容积越小，减少预充气压力增加有效容积的同时会降低蓄能器的输出压力，试验结果与仿真结果接近，使用该方法选型的蓄能器可以满足作动要求。     

液固混合介质缓冲器的动力学特性研究

介绍了一种新型混合介质缓冲器,其中的混合介质由不可压缩的航空机油与可压缩的空心橡胶小球组成。当冲击发生时,液体将动压力瞬间传递到所有小球上,使它们同时参与变形,冲击能量可被大幅度吸收、损耗。若设计得当,这类缓冲器可具有卓越的缓冲性能。本文推导了混合介质缓冲器非线性刚度的计算公式,建立了缓冲器的动力学方程。利用MATLAB得到该方程的数值解,并通过试验验证了动力学模型的准确性。理论分析了不同冲击作用下混合介质缓冲器的各参数对缓冲效果的影响。     

充气展开反射面天线动态特性试验研究

充气展开反射面天线的结构动力学参数,可用于预测天线在外界激励下的动态响应、调整空中姿态和振动主动控制等。采用试验模态方法对反射面天线进行试验研究,分析了充气展开后反射面天线在地面环境下的动态特性参数。通过增大力锤锤头面积和提高激励点局部刚度来激发柔性天线结构全局振动,分组移动和对称分布加速度传感器来减小测试系统的附加质量影响。结果表明:天线在充气环内压力15 kPa时的整体弯曲振动基频为2.86 Hz,同时获得天线整体振动的前三阶固有频率、模态阻尼比和模态振型等参数,测试结果可为有限元模型验证和在轨动态响应预报提供基础。     

飞机起落架动力学建模及着陆随机响应分析

针对飞机起落架弹性结构特征的动力学建模及其离散结构简化响应分析问题,利用哈密顿变分原理,提出并建立了弹性结构的起落架动力学模型。根据此动力学模型,可自由选择起落架的结构离散数量进行动力学方程的求解和响应分析。以某型飞机着陆过程为研究实例,使用随机模拟方法,通过模拟飞机着陆下沉速度、初始位移和路面不平度,分析了飞机着陆过程起落架的随机响应特征,确定了起落架的实际动力学性能和应力应变特性,为后续起落架的结构参数优化及其疲劳性能分析提供了基础参考依据。