缓冲气囊展开与缓冲着陆过程的仿真分析

文章基于显式有限元模型,采用控制体积法对缓冲气囊的展开及缓冲过程进行仿真分析。首先对单个球形气囊进行折叠展开过程模拟,之后依据NASA"猎户座"缓冲着陆器的缩比模型,建立了一个用以评估气囊着陆衰减系统的LS-DYNA有限元模型。分别研究了缓冲着陆器正碰和侧碰对缓冲气囊压力、着陆器的加速度和运动的影响。并与文献进行对比验证,计算结果表明数值模拟的正确性。     

风场作用下囊舱组合体相对姿态仿真研究

对于使用缓冲气囊的返回舱,着陆姿态是影响返回舱实现预期缓冲效果的重要因素。在降落伞-返回舱组合体的降落过程中,返回舱的着陆姿态经常不理想,而加入气囊后降落伞-返回舱-气囊组合体相对于降落伞-返回舱组合体来讲着陆姿态更易受扰动,此时对囊舱组合体运动姿态的研究十分必要。为了研究风场对囊舱组合体运动姿态的影响,文章以带有自吸式气囊的回收系统作为研究对象,采用Hyperwork及LS_DYNA软件,对基于流固耦合方法气囊充气状态及囊舱组合体风场作用下的运动特性进行了分析,计算了不同工况下囊舱组合体的相对姿态,分析了可能影响囊舱组合体相对姿态的因素。结果表明,气囊内压与风速会对囊舱组合体的相对姿态产生不同程度的影响:风速越大气囊摆角越大;增加气囊内压会降低气囊的摆角,提高气囊的稳定性。     

自落式缓冲气囊仿真研究

缓冲气囊被广泛应用于武器装备及物资空投、航天器着陆回收、汽车安全气囊等领域。设计具有优良缓冲性能的气囊系统可以减小物品或乘员所受的冲击力,最大程度上避免了物资的损坏和乘员伤亡。文章以某型空投缓冲系统所用气囊作为研究对象,运用LS-DYNA有限元仿真软件,采用控制体积法对该气囊缓冲过程进行了数值模拟计算,同时,结合工程计算与试验测试,合理确定气囊设计中关键技术状态,获得了带有辅囊的自落式缓冲气囊设计思路与方法,提高了研制品质,节省了研制成本与周期。     

火星全向气囊的着陆缓冲特性研究

全向气囊是一种适应性较强的着陆缓冲装置,能在火星着陆过程中有效保护着陆器的安全。文章针对某一种全向气囊与着陆器构型方案,首先建立了气囊和着陆器结构的数学有限元模型,并对全向气囊的着陆缓冲过程进行了动力学仿真,获取重要结构部位的缓冲过载。其次利用全向气囊原理样机,按照仿真时的工况进行了投放试验,测量了相应结构部位的缓冲过载。研究结果表明,理论分析与试验结果基本一致,可为将来火星全向气囊的工程应用研究提供一定的参考。     

载人飞船两种垂挂转换方案载荷比较及分析

为了对新一代载人飞船转垂挂载荷进行深入研究,优化结构设计,文章首先建立了转垂挂过程的动力学模型,通过与空投试验结果比对验证了模型的正确性。在此基础上,针对标称工况、主伞阻力面积偏小工况、返回舱质量偏大工况,计算得到无阻尼缓冲装置和有阻尼缓冲装置两种转垂挂方案对应垂挂转换过程中垂挂吊带载荷及返回舱过载。结果表明:最小载荷出现在主伞阻力面积偏小工况下,最大载荷出现在返回舱质量偏大工况下;各种工况下,阻尼缓冲装置对降低垂挂转换过程中的过载能起到一定的效果;载荷越大的工况阻尼缓冲装置的缓冲效果越差。文章的建模方法和分析结果对新一代大载重载人飞船的论证有一定借鉴意义。     

气囊着陆缓冲系统的排气孔面积优化

文章以仿真分析为手段,研究了排气式气囊缓冲系统的着陆回收问题;讨论了均匀压力气囊模型的基本理论;建立了排气式气囊着陆缓冲系统的简化分析模型,包括回收舱模型和排气式气囊模型。采用响应面法得到了排气孔面积与回收舱重心处过载的关系,并通过仿真分析确认了优化分析结果的有效性。     

小型电子设备着陆缓冲气囊的缓冲性能分析

气囊作为一种重要的缓冲防护手段在航天和航空回收领域有着广泛的应用。文章针对一种新型分离式飞行数据记录系统中应急数据存储设备的着陆缓冲气囊,进行结构设计并利用LS-DYNA有限元分析软件进行仿真计算,模拟其在不同坠落姿态和不同坠落环境下的缓冲过程,明确该气囊的缓冲特性,并讨论了气室分布数和充气量对于气囊着陆缓冲性能的影响。计算结果表明:气室分布数和充气量的变化均会改变电子设备的冲击过载;基于所提出的小型电子设备过载要求,0.074kg充气量下的4个气室封闭式气囊结构对于多种工况均有较好的适应性。该研究可为航空航天用的轻小型设备缓冲气囊设计提供参考。     

航天器着陆缓冲气囊技术发展

文章简述了航天器着陆缓冲气囊的吸能工作机理,介绍了它的优点和局限性,结合数十年来缓冲气囊在航天器上的主要应用情况,归纳了着陆缓冲气囊的三种类型,包括排气式、密闭式和组合式,其中排气式气囊由被动排气发展为主动精确可控排气,并介绍了缓冲气囊的几种拓展应用方向.针对航天器缓冲气囊技术的发展,文章对可靠充气技术、高性能气囊材料...     

基于折纸技术的组合型缓冲气囊设计及仿真

为了改善传统圆柱缓冲气囊的缓冲性能,文章基于折纸技术,设计并研究了一种新型组合型缓冲气囊。基于解析模型,设计了气囊的几何尺寸、初始压力、卸载压力及排气口等;基于控制体积法建立了返回器和组合型缓冲气囊的有限元分析模型,仿真得到了缓冲过程的动力学行为,并对组合型缓冲气囊的缓冲特性进行了分析。和传统圆柱缓冲气囊对比,新型组合型缓冲气囊的最大过载为5.95gn,将返回器的过载降低了39.6%。研究了组合型缓冲气囊在复杂环境下的缓冲性能,探究了非水平着陆面、有风环境、地面障碍等对缓冲过程的影响机理。结果表明：缓冲气囊具有良好的缓冲性能,适用于复杂着陆环境,为大载重返回器的软着陆缓冲系统设计提供技术支撑。     

智能气囊缓冲器在航天器回收着陆中的应用探讨

文章提出将智能气囊技术应用于飞船返回舱座椅作为返回落地缓冲,设计了智能气囊缓冲器方案,并论述了智能气囊缓冲器在飞船座椅上应用的可行性。与胀环式机械缓冲器比较,智能气囊保持了较高的缓冲效率,同时可使航天员受到的冲击过载特性曲线更加平坦,从而提高航天员着陆的安全性和舒适性。     

气体参数对气囊缓冲特性的影响分析

缓冲气囊具有系统简单、质量轻、贮存体积小等优点,在航天器的返回回收与探测器的着陆缓冲中有较广泛的应用。美国的＂探路者＂、＂机遇号＂和＂勇气号＂火星探测器都采用了缓冲气囊系统作为其着陆缓冲装置。文章通过流体力学和热力学的理论推导,提出了可能会对气囊的着陆缓冲过程产生影响的气体参数,通过MSC Dytran软件仿真计算了不同气体参数下球形火星着陆缓冲气囊的缓冲过程,并分析了各参数对气囊缓冲特性的影响。研究结果可以为后续的气囊设计及试验提供帮助,并为中国下一步开展火星着陆探测任务提供一定的参考。     

新飞船试验船气囊着陆缓冲系统特性研究

缓冲气囊是继着陆腿及反推发动机之外,另一种行之有效的着陆缓冲装置.新一代载人飞船采用群伞加缓冲气囊的无损回收方案,实现了其重复使用的目的.文章对新飞船试验船缓冲气囊的选型及参数的确定原则进行了分析,介绍了气囊着陆缓冲系统的设计状态、工作程序以及缓冲过程的排气控制策略.通过建立地面试验装置和测量系统,对缓冲气囊的性能进行...     

新一代载人飞船返回舱着水方案研究

载人航天器带气囊返回舱着水过程涉及刚柔耦合、流固耦合等复杂动力学行为,对实现新一代载人返回舱的海上安全回收至关重要。通过数值仿真和试验对返回舱着水方案进行了系统分析,首先利用LS-DYNA软件建立了返回舱着水动力学模型,其次对不带气囊的返回舱斜切着水、带气囊的返回舱垂直着水和斜切着水方案进行仿真分析,一方面通过与试验对比验证了研究方法的正确性,另一方面通过综合对比3种方案着水过程中返回舱质心处的过载曲线与水面压力水平,发现垂直着水时返回舱过载和水面压力远大于斜切着水时,带气囊斜切着水时的水面压力小于不带气囊着水时的水面压力,最终得出带气囊斜切着水方案更优。     

反推发动机失效模式对返回舱着陆姿态的影响分析

以稳定下降阶段的降落伞-返回舱系统的动力学模型为基础,针对反推发动机不同的失效模式,建立了4种返回舱反推力模型,通过计算获知了4种返回舱着陆角和速度的变化情况,计算结果可为反推发动机失效情况下被动缓冲装置的设计输入提供参考,同时也可为返回舱着陆安全性评估和制定故障预案提供一定的参考。     

返回舱着水冲击过载近似模型建模与分析

返回舱着水是一个固、液、气相互作用的流固耦合过程,采用数值方法能够较准确地求解着水冲击过载,但其对计算时间和资源要求较高。针对这一问题,选择返回舱与海浪之间的相对运动参数为输入,返回舱质心过载峰值和到达峰值的时间为输出,采用拉丁超立方抽样(LHS)方法选择样本工况,以样本工况上的少量有限元计算结果为基础,采用克里金(Kriging)方法建立返回舱着水冲击过载的近似模型。采用近似模型计算20个检验工况下返回舱的着水冲击过载峰值,其相对于有限元模型计算结果的最大偏差在15m/s~2以下,均方根偏差与平均偏差在7m/s~2以下;对比近似模型和有限元模型5000次蒙特卡罗仿真的计算耗时,前者仅为后者的6.4%。偏差分析和效率对比表明:近似模型能够高效、准确地预测返回舱着水冲击过载峰值,可为安全着水初始条件设计、恶劣工况分析等提供一种有效的解决途径。     

载人飞船返回舱再入着陆力学环境防护技术改进

文章对弹道-升力式载人飞船返回舱再入着陆力学环境及其乘员和舱载仪器设备的防护措施进行了理论分析和试验研究。适当的返回舱座椅安装角度有利于乘员承受再入过载。座椅缓冲系统是吸收着陆冲击能量、保护乘员最重要的环节,发挥返回舱结构缓冲吸能作用也是改善着陆冲击环境的有效措施。合理设计返回舱设备布局和安装形式可保护舱载设备免受着陆冲击损坏。防护措施的改进可有效保护乘员免受伤害,保证舱载仪器设备正常工作。     

骨架充气压力对自充式气囊缓冲性能影响研究

缓冲气囊作为一种着陆缓冲手段,具有质量轻,折叠性能好,成本低等优势,成为了回收着陆领域的重点研究方向。自充式缓冲气囊是一种利用环境气体作为缓冲介质的缓冲气囊,其主要依靠骨架式充气结构作为缓冲气囊展开的驱动。通过这种设计,可以有效减少缓冲气囊充气装置的携气量,拓展缓冲气囊的应用范围。文章对自充式缓冲气囊的工作原理进行了介绍,并对自充式缓冲气囊的缓冲过程进行了仿真研究。研究过程主要针对骨架式充气结构充气压力对气囊缓冲性能的影响进行了分析,并对其充气压力进行了优化选择。研究结果表明,对骨架式充气结构的充气压力进行优化,可以改善自充式缓冲气囊的性能。最后,引用相关试验结果,对优化结果后的充气展开性能进行了佐证。     

返回舱和着陆系统设计的新理念

文章描述了美俄合作提出的一种低成本和低风险的载人返回舱概念。方案采用已有的硬件 和技术,由美国负责电子设备和软件,充分利用俄罗斯在返回舱方面的技术和低成本。提出的这种返回舱 概念是把联盟-TM按比例增大到可以容纳8位乘员,而且着陆系统增加了气囊,对伤病航天员的着陆具有 更好的缓冲作用。     

基于双目视觉的返回舱着陆横向速度测量

通过分析返回舱在着陆时所具有的水平速度也可能对着陆安全构成威胁的事实,论述了为返回舱增加横向缓冲装置的必要性,由此提出亟需解决的问题———在返回舱着陆下降过程中测量其水平运动速度。提出了全新概念的以视觉图像为唯一信息来源的返回舱水平速度测量方法,仅以双目摄像机系统作为传感器,避免了对返回舱原有传感器系统的改造。通过对着陆区域地面图像的采集和在线处理,利用双目交会测量原理得到返回舱当前的大地坐标和姿态。仿真实验证明,方法简单易行,测量结果可靠。     

返回舱和着陆系统设计的新理念

文章描述了美俄合作提出的一种低成本和低风险的载人返回舱概念。方案采用已有的硬件和技术，由美国负责电子设备和软件，充分利用俄罗斯在返回舱方面的技术和低成本。提出的这种返回舱概念是把联盟-TN按比例增大到可以容纳8位乘员，而且着陆系统增加了气囊，对伤病航天员的着陆具有更好的缓冲作用。