国际首次采用大型翼伞可控回收火箭助推器——助推器精确回收飞行试验圆满成功

2021年6月3日,北京空间机电研究所研制的助推器大型翼伞回收系统搭载"长征三号乙"运载火箭进行了首次飞行试验,助推器与火箭芯级分离后,国内最大的翼伞(300m2)控制4t级助推器朝预定着陆点机动飞行,降落在安全区域内,飞行试验取得圆满成功.     

翼伞系统十五自由度动力学建模与仿真

动力学建模是飞行器设计的基础,翼伞作为一种新型的柔性飞行器,在动力学建模方面已经有了较多研究,但仍存在诸多不足。当前翼伞的动力学模型主要有六自由度模型与九自由度模型。六自由度模型将翼伞与载荷当做一个刚体,两体之间采用固定连接;九自由度模型在六自由度模型的基础上考虑了翼伞与载荷间的相对运动,将翼伞与载荷当做两个刚体,两体之间采用铰连接。两种动力学模型都没有体现出翼伞的柔性,与真实的翼伞存在较大差距。文章载荷-翼伞多体飞行系统为研究对象,假定伞绳和吊带分别通过铰链与翼伞和载荷相连接,考虑了伞绳和吊带具有的弹性,伞绳的相交点与伞衣具备相对运动,载荷舱与翼伞除相对转动外还考虑到其相对平移,建立了翼伞十五自由度模型。施加翼伞后缘下偏并仿真计算翼伞转弯运动情况,并与九自由度模型的计算结果进行对比。结果表明,相对于九自由度模型,翼伞十五自由度能够更加真实全面地反映了翼伞的运动情况,除了翼伞的总体运动以外,还能够反映吊带、伞绳相交点的运动。     

可控翼伞单电机伺服机构微机控制

可控翼伞后缘有二组操纵绳,控制它可以改变翼伞飞行方向,实现回收体在预定点(区域)着陆和回收。通常使用二个电机分别进行操纵控制。为了提高系统的性能,减少部件,探讨了单电机进行双边操纵控制的新方案。文中主要介绍微机操纵控制系统的硬件、软件设计。     

可控翼伞单电机伺服机构微机控制

可控翼伞后缘有二组操纵绳，控制它可以改变翼伞飞行方向，实现回收体在预定点（区域）着陆和回收。通常使用二个电机分别进行操纵控制。为了提高系统的性能，减少部件，探讨了单电机进行双边操纵控制的新方案。文中主要介绍微机操纵控制系统的硬件、软件设计。     

运载火箭助推器伞控回收方案及安全性分析

近年来民营航天公司在火箭回收技术上取得了巨大的突破和成功,受到了广泛关注,各国各种先进回收技术和方案也在验证中,我国也已加速开展回收方案论证和试验验证。提出了一种简单可靠、子系统成熟、成本低廉且具备快速搭载飞行试验演示验证条件的回收方案,该方案采取伞降减速、翼伞落点控制及支腿着陆防护的方式回收助推器,可以作为我国火箭回收工程实践的第一步,为后续回收技术研究和实践积累经验和数据。通过助推器分离仿真分析、再入过程气动计算及姿态仿真计算表明助推器回收方案不影响主飞行任务安全性,再入回收过程可控,具备工程实施的可行性。     

基于翼伞回收助推器的遥控遥测系统设计

遥控遥测系统是翼伞回收助推器的重要组成部分,翼伞定点回收必须在回收过程中实时掌握助推器的各类遥测参数,通过遥测参数判定翼伞的飞行状态是否健康,一旦出现偏航可以通过遥控手段实时调整飞行姿态.文章介绍了一种能够实现实时采集助推器运动状态,并可以根据遥测数据对系统状态进行观察、判断,决定并执行控制权在箭上和地面自由切换的遥控...     

可控翼伞伺服机构(单电机)的微机控制

可控翼伞后缘有二组操纵绳,控制它可以改变翼伞飞行方向,实现定点回收。国内、外通常使用二个电机分别进行操纵控制。为了提高系统的性能指标,减少部件,探讨了单电机进行双边操纵的方案,设计了由微机、功率输出接口、电机参量输入传感器、操纵量和限位置数装置等组成的伺服控制系统。该系统通过大量的试验以及翼载空投试验,证明了它具有可靠性高、功能全、抗干扰性强等优点。为回收应用微机技术做了初步的尝试。文中主要介绍微机操纵控制系统的硬件、软件设计。     

多翼伞系统智能协同控制研究

为了在实际空投任务中实现大规模的物资、装备补给,采用多翼伞协同是未来翼伞空投的重点发展方向,然而基于多体协同的空投方式也提高了控制的复杂度。为实现大规模多翼伞空投系统协同控制,文章采用了多翼伞系统非线性降阶模型,提出了多翼伞系统协同控制算法,并对控制器进行了稳定性分析。通过仿真实验与实际翼伞试验,验证了该控制算法在各翼伞个体分散投放的情况下,各翼伞通过局部信息交互获得其邻居翼伞的位置,可在较短时间内实现具有一定的安全间距的编队协同飞行,避免了相互碰撞的风险,最终雀降着陆。文章研究的方法对多翼伞系统协同控制有较好的效果,可为多翼伞系统的进一步研究提供理论参考。     

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     

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。     

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。     

重力空射稳定伞阻力特征自动化设计

为进行重力空射稳定伞的初步设计,文章以多体动力学软件(ADAMS)为二次开发平台,构建了重力空射箭-伞系统的动力学仿真模型;推导了火箭和稳定伞的气动模型,并利用动态链接子程序实现了气动力的加载;通过ADAMS命令语言建立了参数化模型和用户界面。在此基础上,自编可行方向优化算法实现了稳定伞阻力特征的自动化设计。最后,根据仿真计算结果对试验火箭出舱时间、安全通道、回收方式等问题进行了分析,为后续空射稳定伞的细节设计以及空射总体方案的确定提供了参考。     

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。     

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。     

航天返回与遥感2004年中文总目次(第25卷)

再入与返回技术年 -期 -页充气展开式新型空间回收技术展望 2 0 0 4 - 0 1- 0 1先进的精确空投系统 2 0 0 4 - 0 1- 0 6可控翼伞的飞行控制程序设计与运动仿真 2 0 0 4 - 0 1- 11降落伞充气时间的计算方法 2 0 0 4 - 0 1- 17基于预处理方法的冲压式翼伞非定常气动特性数值研究 2 0 0 4 - 0 2 - 0 1降落伞稳定下降阶段流场的数值模拟 2 0 0 4 - 0 2 - 0 1翼伞系统两体相对运动分析 2 0 0 4 - 0 2 - 10神舟号载人飞船回收着陆分系统设计与性能评估 2 0 0 4 - 0 3- 0 1航天器回收着陆仿真软件系统 (ARLSSS)简介 2 0 0 4 - 0 3- 0 7翼伞系统…     

可控翼伞伺服机构（单电机）的微机控制

可控翼伞后缘有二组操纵绳，控制它可以改变翼伞飞行方向，实现定点回收。国内、外通常使用二个电机分别进行操纵控制。为了提高系统的性能指标，减少部件，探讨了单电机进行双边操纵的方案，设计了由微机，功率输出接口，电机参量输入传感器，操纵量和限位置数装置等组成的伺服控制系统。     

大型翼伞操纵转弯动力学研究

翼伞具有良好的气动性能和优秀的操控能力,在空降、空投、运动、表演、救生、军事、航空航天等领域都有着广泛应用.随着对大质量载荷需求的增加,大型翼伞的开发尤为重要.在大型翼伞的动力学研究中,操纵转弯动力学是其关键环节.文章从牛顿力学基本原理出发,从理论推导、计算流体力学仿真、空投试验三个方面计算了大型翼伞系统的侧力系数,并...     

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。     

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。     

翼伞空投系统动力学建模与仿真

为了解决空中遇险飞行人员的救生问题和实现特殊需求时的精确空投问题,文章针对国内某型号的翼伞空投系统,首先建立了六自由度刚性连接模型,重点分析了翼伞系统的滑翔特性和转弯特性;其次,使用Open GL动画显示技术对系统轨迹进行了虚拟仿真,使得仿真结果直观化、可视化。仿真结果表明,翼伞受到侧向风作用时会随风漂移,并且漂移速度近似等于风速;翼伞受到单侧下拉偏量作用时会进行转弯运动,且单侧下拉偏量越大,转弯速率越大,转弯半径越小。仿真结果与现有的飞行试验数据一致,证明了模型的正确性和有效性,为翼伞系统在空投上的运用提供了理论支撑。