投影图像法对旋转体空间扫描角和转速的测量研究

扫描角和转速是某伞一弹系统风洞试验中要求必须测量的重要技术参数.对伞-弹系统扫描角和转速进行定量动态测量是试验中必不可少的技术环节.投影图像法测量的原理就是利用一定截面积的两路正交平行光源,将旋转弹体分别投影到两个正交的投影屏上,利用两套高速CCD成像系统,将两路弹体投影图像同步采集并实时记录下来,试验结束后利用图像处理软件自动计算出两路图像序列角度分量,按照时序合成出每一时刻弹体的空间扫描角,并根据序列角度分量,计算出弹体的瞬时转速和全周期平均转速.利用该测量方法,在西安某所立式风洞中成功对多个型号的伞-弹旋转弹体空间扫描角和弹体转速进行了测量,取得了良好的测量结果.旋转体的静态角度测量精度为0. 18°,动态扫描角测量精度控制在0. 25°以内.作者从扫描角测量原理和方法人手,着重介绍该投影图像处理测量系统的设计和实际运用,给出了某伞-弹系统风洞试验的测量结果.     

频率锁定对伞弹系统稳态特性的影响

旋转伞弹在下落过程中的稳定性直接影响着子弹的扫描性能,因此研究影响伞弹系统稳定性的因素非常重要.采用激光双目立体投影图像视觉技术在立式风洞中非接触测量了伞弹模型的扫描角和瞬时转速,介绍了测量与数据处理的方法,着重讨论了频率锁定现象对伞弹系统稳定扫描特性的影响.试验结果显示:在较窄风速范围内,存在频率锁定区域;在频率锁定区,扫描角和瞬时转速具有较好的周期稳定性,对外界的干扰不敏感,能量谱峰值也较显著.     

可变阻力特征对锥套拖曳位置的影响

为了突破传统空中加油稳定伞对于加油机飞行速度和高度的限制,业内提出了可变阻力特征稳定伞的概念.本文分析了阻力特征变化对于加油锥套拖曳位置的影响,对一类可变伞撑角的变阻力特征稳定伞进行CFD数值模拟,得到了不同伞撑角下稳定伞的阻力随速度和高度的变化趋势.对加油软管进行离散建模,计算了软管拖曳形状.结果表明,通过改变伞撑角...     

阻力伞附加质量与阻力系数修正方法

在阻力伞试验,特别是高速滑车试验过程中,由于阻力伞系统作非匀加速的非定常运动以及前置体尾流场的影响,现有的阻力伞试验数据计算方法已经难以准确计算其阻力系数.本文针对阻力伞试验过程中的这种非定常运动和尾流干扰特性,对阻力伞系统进行了动力学分析,并对阻力伞非定常运动过程中的附加质量和尾流场特性进行了理论研究,提出了阻力伞双...     

牵顶伞对主伞充气过程的影响

为研究牵顶伞对主伞充气过程的影响,建立了有无牵顶伞的主伞充气阶段的流固耦合数学模型,对有无牵顶伞时,主伞的整个充气过程进行了数值模拟,并将计算所得的开伞动载与空投试验结果进行对比,以验证数值仿真的可靠性。研究结果表明:(1)有牵顶伞时开伞过程中的平均速度比无牵顶伞时大;(2)有牵顶伞时,收口阻力特征比无牵顶伞时要小约30%。(3)有牵顶伞时,第一峰值的过载呈减少趋势,第二峰值约大了36%;(4)对具有不同阻力特征的牵顶伞的计算结果表明:牵顶伞阻力特征增大,初始充气时间和初始充气距离均减小,但初始充气结束时的速度基本不变,而开伞峰值、收口阻力特征、充满时间和充满距离均变化不大。(5)有牵顶伞时,在初始充气阶段,伞衣不易张开,因而伞衣外形显得更为细长。而在主充气阶段,在解除收口绳之前,由于顶部有牵顶伞的阻力,伞衣张开相对较慢,因而伞衣细长些。当解除收口后,牵顶伞的阻力已经很小,此时,有无牵顶伞的主伞伞衣外形变化几乎相同。     

稳定伞作用下对救生伞开伞动载影响研究

在救生伞高速空投试验过程中，由于救生伞系统在做非均加速非定常运动的同时又受到假人姿态的影响，常规空投试验获取的开伞动载数据往往离散度较大，无法真实反映救生伞的开伞性能。本文针对救生伞的前置体影响特性，提出了一种采用增加稳定伞的方法对假人自由飞阶段的姿态进行控制，并对不同工况下假人运动过程进行了仿真分析，通过3种工况的空投试验验证研究假人姿态对开伞动载的影响，对开伞时间、开伞速度、开伞动载、假人角速度以及速度损失等试验数据的相关性进行了分析。研究表明假人姿态控制对开伞程序没有影响，与不控制假人姿态试验程序相比更接近于该型救生伞前置体的实际工况。从试验数据结果分析，假人姿态控制后可以改善开伞动载数据的离散性，提高开伞动载试验数据的真实性，最大开伞动载数据可以减小8.9%。     

稳定伞变阻尼过程动态特性研究

对稳定伞变阻尼过程的动态特性进行了研 究,仿真分析了稳定伞变阻尼时软管 椎套系统的动态响应过程。研究结果表明,通过改变伞撑角达到控制稳定伞阻尼的目的,从而使得加油装置下沉高度发生改变,达到控制加油锥套的位置。     

无伞精确空投模式下飘带试验研究

针对海上救援时典型海况下小物质精确空投需求,根据空气动力学理论,设计了一种基于无伞精确空投模式的飘带物品包.为满足更高的投放质量要求,设计了一种具有鼓风兜的飘带,提高了无伞空投物品包的投放质量.通过产品设计、伞塔投放试验、摄影测量等手段验证了物品包的落速,计算了飘带的阻力系数,研究了鼓风兜的阻力特征,实现了小物质低成本...     

发动机喷流对飞机阻力伞性能的影响

飞机阻力伞工作过程中,往往飞机发动机仍未停机,高速发动机喷流会对阻力伞流场产生影响,进而影响阻力伞的工作性能。针对发动机喷流对阻力伞的影响,本文采用流固耦合方法对不同喷流速度下的阻力伞动态开伞过程进行数值仿真,分析了不同喷流速度对阻力伞阻力特性、阻力伞稳定性以及流场特性的影响。研究发现,发动机喷流会使阻力伞前的气流速度变大,从而导致阻力伞动载峰值变大,充满状态的稳态载荷变大,动载峰值出现时刻前移。在本文计算工况下,当发动机喷流速度为250 m/s时,阻力伞充满状态稳态载荷增加21%;当喷流速度为350 m/s时,阻力伞充满状态稳态载荷增加51%;当喷流速度为500 m/s时,阻力伞充满状态稳态载荷增加79%。同时,发动机喷流会使得伞衣内侧下方的压力偏大,导致伞衣压力分布不对称,从而使得阻力伞发生上下摆动,且喷流速度越大,阻力伞摆动振幅越大,阻力伞稳定性越差。     

密实织物伞形状和应力计算研究

建立了充满稳定状态下密实织物伞形状和应力计算的理论模型。将充满的伞看成柔软的壳体，用力学原理建立伞绳（伞衣上径向加强带）和伞衣幅中线的力平衡方程。伞绳和伞衣处理成非线性弹性构件。考虑伞衣中线上的子午向应力，得到了一个双轴应力模型。结合伞充满状态下几何大变形的几何关系式，得到一组含６个微分方程的非线性微分方程组。从伞顶孔开始，利用伞顶处的边界条件，离散积分至伞底，校对伞底处的另一边界条件，如不满足再从伞顶开始进行迭代，直至满足伞底边处的边界条件。由此编成进行非线性迭代数值求解程序ＣＳＬＡＰ。选用一具典型的平面圆形伞进行了验证，结果很好     

降落伞开伞过程的试验研究

探讨了降落伞充气过程中开伞动载的产生原理及其影响因素,提出了在风洞中模拟真实开伞动载的可行性。在此基础上,对小型平面圆形伞的开伞过程进行了试验,研究了开伞过程中伞衣形状和伞衣所受载荷之间的关系。试验表明:开伞载荷受降落伞阻力和附加质量变化率产生的力影响最大;在开伞过程中伞衣会发生“呼吸”现象,伞衣所受最大载荷出现在伞衣第一次完全充满时。同时,变速风洞的伞衣载荷研究表明,变速风洞可较好地模拟实际开伞情况。     

火星探测器减速着陆过程中若干问题的研究

围绕火星探测器减速着陆过程中涉及的开伞控制技术、降落伞拉直过程的绳帆现象、降落伞充气性能以及物伞系统动力学特性等关键技术问题进行了研究。通过对探测器进入轨道的分析,提出了一种以动压为控制目标的自适应开伞控制方法,并对其原理和实现方法进行了研究。采用降落伞拉直过程多刚体、多质点、多自由度动力学模型,对绳帆现象进行了数值仿真分析,发现开伞攻角是绳帆现象的主要成因,并提出了设计控制措施。采用降落伞轴向-径向动量守恒充气模型研究了大气密度对降落伞充气性能的影响,得到了大气密度对降落伞充气时间、充气距离、充气过程中伞衣面积变化及开伞载荷的影响规律或特点。利用物伞系统动力学模型,研究了物伞系统减速下降过程的动力学特性。本文研究内容对于中国火星探测器减速着陆系统的工程设计、试验及性能评估等均具有较好的参考价值。     

翼伞-载荷系统多体动力学仿真分析

翼伞具有良好的滑翔性、操纵性和稳定性,广泛应用于航天器精确着陆和定点回收。为进行归航控制算法设计,需对翼伞系统动力学特性进行深入研究。以一般翼伞-载荷系统为研究对象,采用拉格朗日乘子法建立了两体8自由度动力学仿真模型,对3个飞行工况进行了仿真分析,结果与相应的空投试验数据基本吻合,验证了仿真模型的有效性。     

牵顶伞在降落伞拉直过程中的作用

采用有限元方法,建立降落伞回收系统的多质点动力学模型,研究了牵顶伞在拉直过程中对主伞性能的影响.模型中将柔性大变形的伞绳、伞表、连接带离散成若干绳段,各绳段假设为质量集中在中心的质点,各质点间以阻尼弹簧连接,其运动由对应绳段的重力、气动力和张力确定.利用该模型对某批次的空投试验进行了仿真,给出了张力、速度、位移等参数的瞬态变化.经过分析表明,牵顶伞能够改善主伞张力分布,抑制伞衣项部横向摆动.     

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.     

亚声速条件下十字形伞充满时间系数的解算方法及仿真验证

针对目前十字形伞充满时间系数缺乏取值依据、充满时间不易估算的现状,提出基于小样本量实测值解算亚声速条件下十字形伞充满时间系数的思路和方法,并借助LS-DYNA对伞衣的充气过程进行仿真验证,得到了十字形伞充满时间系数的圆整结果.     

不同尾翼灵巧子弹气动特性实验研究

从无伞灵巧子弹稳态扫描的必要条件出发,设计了轴向折叠和径向折叠两种尾翼类型的子弹气动外形.设计了模型和实验装置,进行了小迎角低速风洞实验.获得了模型在固定和旋转条件下的气动力数据,测量了模型在气动力作用下的转速,对模型的稳定性进行了分析.实验结果表明:模型采用轴向折叠尾翼,能够设计足够有效的迎风面积和增阻效果良好的翼面形状,维持较为稳定的转速,具有良好的旋转稳定性;采用径向折叠尾翼的模型,增阻效果不明显,稳定旋转能力较差.实验结果为无伞灵巧子弹的设计提供了重要参考.     

弹射座椅稳定伞高速风洞动态测力试验研究

为了测试弹射座椅稳定伞在高速气流中的动态特性,在1.2m×1.2m跨、超声速风洞(FL 24)进行了稳定伞高速风洞动态测力试验。笔者叙述了试验方法,并给出了典型试验结果,包括稳定伞在试验M=0.65±0.04时的气动特性、进入自转状态的时间t自转以及在试验M=1.14时的强度测试结果等。试验结果表明,稳定伞的材料、设计及工艺是可行的,试验方法是成功的。     

飞机超低空牵引空投动力学响应研究

当飞机进行超低空牵引空投(Super low attitude parachute extraction system,SLAPES)时,货物在货舱内移动,导致飞机质心位置、转动惯量以及绕质心的气动力矩都有显著的变化,飞机可能变成静不稳定的。本文从理论力学和飞行力学的基本原理出发,以飞机的质心作为参考点,分别建立了重物在货舱内静止,被牵引伞牵引和最后在货舱内移动的整个过程中飞机响应的数学模型。通过对重物的不同质量、牵引伞不同牵引比和不同的开伞过程时间条件下的仿真,得到货物质量、牵引比和开伞过程对整个空投的影响。     

基于ALE的降落伞充气过程数值仿真

采用任意拉格朗日-欧拉法(Arbitrary Lagrange Euler method,ALEM)流固耦合方法模拟某模型伞在低速气流作用下充气展开过程。计算获得了充气过程中伞衣应力、流场速度矢量、压力以及伞衣半径变化等结果。与试验对比,开伞过程相同,同样出现了伞衣顶部塌陷、抖动等现象。通过对数值结果的分析解释了伞衣抖动以及风洞试验中伞底拍动产生巨大噪声的原因,同时预测开伞过程中的危险截面。