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。     

组合型气囊参数对缓冲特性的影响分析

为分析用于大载重回收任务的组合型气囊的参数对缓冲特性的影响,利用动力学方程和气体热力学基本方程建立了组合型气囊缓冲过程的动力学模型。以某大载重回收系统为算例,模拟气囊缓冲过程,研究了排气口尺寸、排气口开启时机、气囊初始充气压力和内囊高度对缓冲特性的影响。最后,针对排气口直径、主气囊初始充气压力和排气口开启时机3个参数提出改进方案,通过改进前后两组方案缓冲特性曲线对比验证所提出方案的有效性。研究结果可以为大载重回收用组合型气囊初期的参数设计及缓冲试验提供指导,从而减少试验次数、缩短开发周期。     

斜向弹性支撑飞船座椅缓冲性能

当出现具有较大水平速度的斜冲击着陆工况时,飞船座椅头盆向冲击过载可能危及航天员生命安全。在现有的胸背向着陆冲击过载缓冲机构的基础上,引入座椅斜向弹性支撑模型,建立了斜向弹性支撑座椅缓冲系统的动力学模型。对具有较大水平速度的斜冲击着陆工况的仿真结果表明,相比于现有的铰接支撑缓冲系统,适当参数组合下的斜向弹性支撑座椅缓冲系统能有效降低航天员头盆向冲击过载且不增加胸背向冲击过载;综合支撑角度、刚度和阻尼各个参数影响规律,可以得到优化的座椅设计方案。     

基于LS-DYNA的气垫式起落系统落震性能仿真

缓冲性能是气垫式起落系统的一个重要功能,基于以某型地效飞行器为背景的气垫式起落系统方案设计,建立了气垫式起落系统落震仿真模型.利用有限元理论和LS-DYNA仿真平台对气垫式起落系统缓冲性能进行仿真分析.结果表明气垫式起落系统在落震过程中未出现反弹,气囊最大压缩位移为1.015 m,小于允许最大压缩位移1.502 m;整个落震过程出现的最大过载为2.87 g,小于允许最大过载3 g.验证了气垫式起落系统在落震过程中缓冲行程及缓冲性能满足要求.     

巡航导弹总体参数优化方法研究

提出了巡航导弹总体参数优化方法,并建立了用于喷气式巡航导弹总体设计的综合模型及相应的计算机软件。该方法以巡航导弹的发射质量最小为目标,以最大速度、最大稳定盘旋过载、单位剩余功率、最大射程为设计约束,对弹翼面积、弹翼展弦比、弹翼尖削比、弹翼后掠角及弹翼平均相对厚度进行优化。     

翼身融合布局客机总体参数分析与优化

在翼身融合布局客机总体设计阶段,为评估设计方案的总体性能,建立了翼身融合布局客机总体参数综合分析与优化平台,该平台以翼身融合布局客机的几何参数为输入,完成动力、几何、重量、气动、性能和经济性等模块分析,并以此为基础建立优化设计模型。为快速评估设计方案的性能及优化设计效果,动力分析模块采用了部件级分析模型,重量分析模块采用半经验估算方法,气动分析模块采用面元法结合工程估算方法,性能分析模块采用简化运动学方法,优化模型采用可并行计算的子集模拟优化算法。以某555座级翼身融合布局客机方案为例,应用开发的分析与优化平台,完成了总体参数分析,结果表明分析模型合理。在此方案的基础上,以客机的外形参数和发动机海平面最大推力为设计变量,分别建立了以最大起飞重量最小为目标的单目标优化,以及同时以直接使用成本和进场速度最小为目标的多目标优化,单目标优化结果最大起飞重量降低了约7.17%,多目标优化结果表明直接使用成本降低8.77%的同时进场速度会增加3.32%。     

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。     

基于遗传算法的起落架缓冲器变截面油针优化设计研究

提高飞机起落架着陆性能,需要探索设计缓冲器油针形状的有效方法。利用平面多体动力学建立起落架数学模型,并利用NSGA-Ⅱ遗传算法,以油针轴向不同位置的截面直径为设计变量,以起落架过载系数和缓冲效率为目标函数,进行起落架着陆性能双目标优化设计。结果表明:本文的方法有效提高了缓冲效率并降低了过载系数,改善了轮胎载荷环境同时提升了起落架着陆性能;该方法同样适用于特定缓冲器高性能油针的设计。     

基于能量法的无人机弓形起落架优化设计

弓形起落架的轴线形状和横截面直接影响无人飞机着陆时起落架的缓冲性能。为提高弓形起落架的缓冲性能,基于能量法构建了弓形起落架的参数化模型,以某一无人机的起落架为对象采用遗传算法进行优化设计,用MD.Nastran对优化设计的弓形起落架进行动力学仿真。结果证明优化后的弓形起落架吸收冲击能量的能力得到了提高,从而可以降低无人机降落时的过载,同时减小了起落架的质量。     

基于NSGA II算法分布度改进的ATREX发动机性能优化方法研究

为使飞行轨迹上膨胀式空气涡轮冲压发动机(Air Turbo Ramjet Expander, ATREX)推力满足飞行器要求,同时比冲为对应推力下的最优值,基于改进分布度的NSGA II算法建立了以推力、比冲为优化目标的ATREX多目标优化模型。本文首先提出了基于个体优化目标间直线距离的筛选函数,改善了NSGA II算法优化结果的分布度;然后基于改进的NSGA II算法建立了ATREX性能多目标优化模型,获得了地面状态发动机推力、比冲最优解。在优化结果分布度接近前提下,与基于原NSGA II算法建立的ATREX性能多目标优化模型对比,基于改进NSGA II算法建立的优化模型所需初始种群个数及迭代时间均下降30%左右。