超大型组合翼伞与超大型连续翼伞的气动性能对比分析

随着航天回收系统应用需求越来越广,回收物质量也越来越大,对翼伞面积的要求越来越高,超大型翼伞开始受到广泛的关注,然而目前国内外对超大型翼伞的研究较少。对此,文章以超大型连续翼伞和超大型组合翼伞为研究对象,分别对其进行物理建模。采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的方法,基于k-epsilon湍流模型,分别计算在无下拉、单侧下拉、双侧下拉时超大型连续伞和超大型组合伞的气动特性。研究发现,超大型组合伞在组合处有很明显的气流补充,可以减缓流动分离的情况,增大失速迎角,更适合大攻角的飞行任务,适用范围更广。研究成果可以为以后超大型翼伞的选型提供一定的参考。     

火箭助推器翼伞回收动力学仿真与试验分析

翼伞具有良好的滑翔性、操纵性和稳定性,能够解决火箭助推器落点散布大导致的安全性问题。为对翼伞回收系统和控制系统进行优化设计,以基于可控翼伞回收技术的火箭助推器–控制平台—翼伞多体飞行系统为研究对象,采用拉格朗日乘子法建立了三体组合10自由度多体动力学仿真模型,考虑了翼伞的表观质量特性和火箭助推器的气动力影响,对某次空投飞行试验进行了动力学过程仿真重建,通过仿真与试验的对比分析飞行机理和系统性能。分析结果表明,翼伞系统间存在多体相对运动,必须采用多体动力学模型进行研究;机动飞行时,火箭助推器与翼伞间的相对运动角度并不大,而且火箭助推器的大尺寸对相对偏航运动的影响也并不显著;航向跟踪误差主要来自操纵效率低,在小角度航向跟踪误差时,需提高操纵控制增益。研究成果可以为翼伞系统的工程设计与应用提供参考。     

大型翼伞的三维气动性能分析

随着回收物质量的增加和回收物可控定点回收要求的提出,大型翼伞的设计研究迫在眉睫。文章采用有限体积法求解K-epsilon二方程湍流模型下的Navier-Stokes(N-S)方程,对某大型翼伞进行三维定常数值模拟,研究考虑伞衣鼓包下翼伞的气动性能,同时对翼伞单侧后缘下拉情况下(翼伞转弯过程)的气动性能进行初步分析。结果表明,翼伞的升力系数随迎角的增大而增加,达到失速迎角后缓慢降低。翼伞阻力系数在负迎角时随迎角增大而缓慢降低,而在正迎角时随迎角增大而增加。翼伞升阻比开始时随迎角增大而增加,在迎角等于8°时达到最大值后随迎角增大而逐渐降低。同时,单侧后缘下拉翼伞相比普通翼伞升力与阻力系数均有所增加,但其最大升阻比却有所减小。     

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。     

降落伞强度空投试验模型的气动–动力学特性仿真

降落伞强度空投试验模型的气动-动力学特性仿真研究对空投试验方案设计和降落伞减速系统性能的考核至关重要。文章运用数值模拟手段分析了空投试验模型的气动特性和气动稳定性,探讨了降落伞开伞前空投试验模型的弹道轨迹和运动姿态的变化,并针对不同飞行攻角下空速管动压测试值与实际开伞动压存在相对偏差所造成的影响进行了分析。结果表明:空投试验模型的轴向力系数在攻角大于4°时有所下降。法向力系数和俯仰力矩系数随着飞行攻角增加以近似线性的方式增大,压心位置后移,气动稳定性良好。在模型投放后至降落伞开伞前的过程中,随着高度下降空投试验模型的速度以近似线性的形式增大,且俯仰角和攻角均存在周期摆动现象。由于飞行攻角的影响,空速管测得的动压值与开伞实际动压存在相对偏差,但相对偏差范围不会超过14%。研究结果可以为降落伞强度空投试验的方案设计提供参考。     

冲压翼伞上翼面开缝技术研究进展

上翼面扰流缝驱动是一种新颖的控制冲压翼伞横向和纵向飞行性能的方法。文章概括了近年来国外冲压翼伞上翼面开缝技术的研究方向和进展,依次对影响冲压翼伞气动性能的四个扰流缝结构因素——开缝方向、弦向位置、下拉度和开缝气室展向分布的研究情况与结果进行详细阐述与分析总结,得出结论前缘侧扰流缝在纵向控制方面比后缘侧扰流缝更有效。扰流缝的合理弦向位置大约位于0.15~0.3c(c为翼伞的弦长,0.15~0.3c表示开缝位置与翼型左侧之间的弦向距离)。在扰流缝最大下拉度以内,滑翔比随下拉度增大而线性减小,大下拉度还能使翼伞飞行延迟大约4°迎角失速。扰流缝下拉度很小时存在一定范围的死区,之后转率随着下拉度的增加线性增大。开缝气室数量超过最大开缝气室数量时,翼伞系统变得难以控制,且最大转率会饱和。在最大开缝气室数量以内,随着开缝气室数量增加,扰流缝的有效性随之线性增加。开缝气室离伞衣中心线越远越容易产生高的转率,但是会降低滑翔比的控制性能。相比于其他控制方式,下拉扰流缝所需的力远远要小,能有效减小翼伞控制单元的尺寸,对翼伞的操作有重大的意义。该研究可为翼伞精确空投技术研究提供一定的技术参考。     

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。     

可控翼伞回收系统运动特性仿真研究进展

扼要地介绍了近年来我国航天科技工作者在翼伞回收系统运动仿真研究方面所做的工作。内容涉及翼伞系统的建模、滑翔转弯与雀降性能仿真研究以及相应的稳定性分析。研究结果对翼伞回收系统的设计和试验有参考价值。     

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。     

大型冲压翼伞空投试验

美国先锋航空航天公司自1967年起就在研制大型冲压翼伞。本文简要介绍其在1988年至1992年间进行的冲压翼伞空投试验情况。该公司在这期间先后共进行了11次大型翼伞的空投试验,从中取得了大量有关高级滑翔冲压翼伞的研制经验,这包括翼伞尺寸、回收重量、翼伞载荷、收口系统技术和翼伞控制系统技术等。     

大型冲压翼伞空投试验

美国先锋航空航天公司自１９６７年起就在研制大型冲压翼伞。本文简要介绍其在１９８８年至１９９２年间进行的冲压翼伞空投试验情况。该公司在这期间先后共进行了１１次大型翼伞的空投试验，从中取得了大量有关高级滑翔冲压翼伞的研制经验，这包括翼伞尺寸、回收重量、翼伞载荷、收口系统技术和翼伞控制系统技术等。     

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。     

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…     

X-38近况

1999年7月9日,国际空间站应急救生艇X-38模型成功地完成了第4次空投试验。前3次空投试验分别是:1998年3月12日X-38的全尺寸模型V-131首次空投试验;1999年2月7日X-38的全尺寸模型V-132首次空投试验(总第3次试验)。本次试验是V-132的第2次空投试验。试验中V-132从高度为9500 m的B-52机上投放,自由飞行31 s后(这是到目前为止最长的一次自由飞行),翼伞打开、滑翔,V-132成功着陆在加利福尼利亚爱德华空军基地。今年计划     

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。     

基于能量约束的翼伞系统分段归航设计与仿真

针对翼伞系统的基本飞行特性和良好的可操纵性,采用分段设计的思想对翼伞系统的归航轨迹进行规划.根据各分段轨迹之间的几何关系,将航迹规划问题转变为对设计参数的寻优问题.实际系统所能提供的能量是有限的.因此,在目标函数中加入控制能量的约束.运用改进的粒子群算法对目标函数进行求解计算,得到整个归航轨迹的设计参数.仿真结果表明:...