一种民航应急化学氧气发生器轻量化设计

本文针对民航飞机应急救生使用的化学氧气发生器,提出4条轻量化减重措施。对支持国产民机机载设备制造,提升民航飞机零部件国产化率起到促进作用。如付诸现实将产生单一型号产品未来20年总产值预计为9100万元,年均产值约455万元的经济效益。

收放伞绳对十字型伞静态气动特性影响的数值模拟研究

为研究十字型降落伞作为主动控制装置时,其可控性与气动特性的规律,建立了不同伞绳收缩比δ为0、10.0%、12.5%、15.0%、20.0%、25.0%时十字型伞无限质量充气的有限元模型,基于任意拉格朗日-欧拉方法进行数值模拟,分析了十字型降落伞收缩伞绳,引起伞面几何构型不对称对气动特性的影响.结果表明:不同攻角为0°、5°、10°时,十字型降落伞的平均阻力系数随伞绳收缩比δ的增大而减小;十字型伞的瞬时升力峰值随着伞绳收缩比δ的增加而增大,方向始终由伞绳收缩一侧指向另一侧,具有较强的时变特性.

一种低空高精度相对高度测量系统

本文提出一种低空高精度相对高度测量系统,采用激光测距机和无线电高度表作为高度测量感知设备,模拟空投着陆场景,获取相对高度数据,通过线性回归算法进行数据融合,提高在不同地面环境下测量的准确性,为主动减载技术启动时机提供关键控制参数。精确空投技术是指通过航空工具将人员、物资或装备安全、及时、有效、准确地投送至预定区域的技术手段,加速空降部队人员与装备物资的结合,迅速形成战斗力。精确空投系统在高空进行投放,依靠大面积的降落伞将空投系统减小着陆速度,同时配备缓冲减震装置减少空投系统的着陆冲击过载,确保空投物资安全着陆。

自然灾害监测卫星协同任务规划研究

当前对地观测卫星具有快速、动态、准确等特点,是自然灾害高精度监测的必要手段。然而当前对地观测卫星数量众多,且卫星的主要任务和分辨率也存在较大差异,如何对卫星任务进行合理的调配是自然灾害应急监测的关键。文章在自然灾害监测需求分析的基础上,提出了一种基于时空约束和任务优先级的自然灾害卫星观测规划方法。通过建立卫星任务规划模型,结合贪婪算法和遗传算法分别进行优化,最后使用优化模型进行模拟仿真实验来验证模型的可靠性。结果表明,贪婪算法和遗传算法分别适合于中小区域和大型区域的自然灾害对地观测任务规划。

高滑翔伞伞绳叉联结构优化设计

为获得翼伞伞绳最优叉联结构设计方案,文章提出了1种高滑翔翼伞伞绳叉联结构的优化设计方法。首先,通过计算流体力学方法进行翼伞气动分析,确定最优气动性能时对应的伞绳安装角及翼伞伞衣气动载荷;然后,通过几何分析和受力分析,建立伞绳结点处的力系平衡方程及伞绳长度几何控制方程;最后,在满足伞绳结构安全的前提下,以伞绳总长度最小为优化目标,采用基于外罚函数和Davidon-Fletcher-Powell(DFP)算法原理的优化算法获得不同约束力条件对应的翼伞伞绳叉联点位置方案。优化结果表明:与优化前叉联方案相比,该方法伞绳长度可减小9.0%,阻力系数降低8.8%。此外,通过增加伞绳受力约束,可实现翼伞滑翔性能的进一步提高。

基于LBM的翼伞伞型曲面化气动特性研究

翼伞是应用于空降空投领域的一类重要气动减速装置,该文总体目标为采用格子玻尔兹曼方法研究不同翼伞曲面化伞型的气动仿真特性。在进行与试验数据的验证后,仿真分析不同伞型的气动曲线,得到其变化趋势和系数值差异。进行详细的流动特性分析对不同伞型的气动特性差异原因,还分析气室、小孔2种气流结构对气动特性的影响。采用传统有限元方法进行补充解释分析。结果充分证明格子玻尔兹曼方法进行翼伞气动仿真的可靠性。加入曲面化的伞型其升阻特性有明显提高,同时反映出气动特性的鲁棒性。气室结构对升阻特性提高有较大影响,而小孔结构影响程度较小。上述结论对翼伞试验和仿真研究具有重要的借鉴和指导意义。

基于弹射救生安全影响因素的弹射过程视景仿真分析

弹射救生技术是在飞机不可挽回状态下拯救飞行员生命的重要技术。通过分析装备方面、人为方面、环境和状态方面的弹射救生安全影响因素,梳理弹射救生的整个过程,提出了视景仿真系统的总体设计,并构建了弹射救生系统发射过程中的弹射出舱阶段、人-椅系统自由飞阶段和救生伞工作阶段的数学模型,对数值仿真得出的数据结果进行了分析,得到了影响仿真中弹射救生关键点的几个因素,运用3DMAX软件和Unity3D软件实现弹射过程的模拟仿真,以便直观形象地展示弹射救生过程。

翼伞后缘偏转过程的流固耦合动力学特性

深入研究翼伞后缘偏转过程的气动与结构耦合动力学问题是解决大型翼伞精确空投系统机动转弯和雀降等操纵动作设计分析的重点内容。首先基于ALE算法和罚函数耦合方法对翼伞后缘偏转过程进行流固耦合动力学建模,之后基于结构化的ALE求解方法和瞬态非线性求解器对翼伞三维模型的单个气室后缘偏转进行仿真验证,预测了后缘偏转运动引起的周围流场流动分离现象。分别针对翼伞后缘单侧下偏和双侧下偏过程的流固耦合行为进行仿真分析,获得全时域内翼伞结构场和周围流场特性动态演化结果,以及翼伞气动性能参数时间历程曲线,发现了后缘下偏过程的操纵延迟现象。最后通过风洞试验对仿真结果进行验证,证明了方法的有效性,为大型冲压翼伞的设计和应用提供理论和技术支撑。

冲压式翼伞滑布控制开伞技术研究

为了研究滑布收口控制对冲压式翼伞开伞动载的影响,文章应用结构化任意拉格朗日-欧拉(Structured Arbitrary Lagrange-Euler,S-ALE)方法对翼伞系统在无滑布收口控制和有滑布收口控制两种情况下进行了开伞过程的流固耦合仿真计算,分析了滑布收口对翼伞开伞过程的影响。结果表明:滑布收口控制可以有效降低冲压式翼伞的充气速度、伞衣应力和开伞动载,开伞动载可以降低33%。但有滑布收口控制时,翼伞的气室饱满程度有所下降,边缘气室饱满程度的下降更明显;由于滑布在开伞过程中对翼伞前后缘伞绳受力的影响有差别,使得某些伞绳出现松弛现象,这会对冲压式翼伞俯仰稳定性有一定影响。通过研究滑布收口控制对冲压式翼伞开伞动载的影响,可以为冲压式翼伞收口技术的设计与应用提供参考。

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。

降落伞充气过程的数值模拟

基于降落伞的重要应用与设计的实际需要,降落伞的数值模拟开始得到越来越多的重视,而充气过程是其中最为复杂的一个阶段。本文建立了平面圆形伞主充气过程中的CFD(Computational Fluid Dynamics)与结构动力学的MSD(Mass Spring Damper)之间的耦合模型。流场求解采用稳定性较高的标准k-ε模型,在多块贴体坐标下,获得某时间节点处的流场,并将该流场中的压力数据引入MSD模型,以获得下一时间节点的伞衣形状,最终获得主充气过程中伞衣形状和流场之间的动态关系。数值计算结果和实验结果及经验值比较,均有较好的一致性。充气过程的数值求解有助于提高对降落伞充气过程机理的理解。

降落伞初始充气阶段数值模拟

根据降落伞的结构和其在充气过程中的受力特性,以某平面圆形伞为原型,建立了伞衣初始充气过程中的计算流体力学与结构动力学的耦合模型。首次考虑了充气过程中折叠伞衣的张开问题,建立了更接近降落伞物理模型的初始充气阶段伞衣质点结构和受力方程。对流场的变化采用了准定常假设,利用simple算法数值模拟求解RNG k-ε湍流模型下的雷诺平均N-S方程以获得每一状态伞衣张开部分与折叠部分交界处质点的压差系数。把数值计算结果和试验结果及经验值比较,得到如下结论:(1)初始充气阶段伞衣外形变化为:整个阶段,伞衣展开部分外形基本保持较光滑的直筒形状,而非喇叭形。与试验结果相比,计算结果较真实地反映了初始充气阶段伞衣外形的变化情况。(2)当无因次充气时间为0.27左右时,初始充气阶段结束,伞衣投影面积随充气时间呈线性变化,计算值与实验值接近。

降落伞伞衣载荷的性能试验

在改变伞衣面积和透气量的情况下,在定常风洞中对小型平面圆形伞的开伞过程进行了动态试验,研究了开伞过程中伞衣形状和伞衣所受载荷之间的动态关系.伞衣载荷不仅受降落伞阻力和附加质量变化率产生的力影响,同时,不稳定性及伞衣(绳)的抖动也是产生伞衣载荷的一个重要因素.稳定型伞衣充满后的载荷平均值约为最大开伞动载的60%左右,伞衣投影直径变化引起的呼吸现象也会引起载荷波动.透气量越大,降落伞稳定性越好,但降落伞的充气性能将会变差.该实验研究可为降落伞的载荷分析提供一定的依据.

降落伞弹性现象对伞衣载荷的影响

降落伞载荷研究是降落伞研究的一项重要内容,首次将降落伞的弹性现象和伞衣载荷结合在一起考虑。首先理论探讨了降落伞工作过程时伞衣动载的产生原理及其影响因素。在此基础上,采用了不同弹性的伞衣材料及不同弹性的连接绳连接方式,对平面圆形伞在定常风洞情况下的开伞过程进行了试验研究。获得了伞衣载荷和伞形之间的动态关系,发现降落伞弹性现象对伞衣载荷有重要的影响。试验结果表明降落伞弹性增强,会加大降落伞工作过程的不稳定性,呼吸现象更为明显;伞衣载荷的波动峰值增加,振动频率加快,同时会使充气推迟,充气时间延长。该实验研究可为降落伞的载荷分析提供一定的依据。

不同透气情况降落伞的流场试验研究

降落伞由于其柔软透气性,其流场测量非常困难,而流场特性直接关系到降落伞的气动性能。本文采用风洞设备,利用七孔探针对不同透气情况下的降落伞的绕流流场进行了试验测量。采用Labview和Matlab engine混合编程技术进行七孔探针的压力数据采集和实时数据处理,获得了不同透气情况下伞衣周围的速度及压力分布情况,并对其进行了详细的流场分析。通过对不同透气伞流场的比较,可知透气情况对伞衣前后静压大小、尾流流线汇集位置、稳定性及噪音均有一定的影响。本文的研究解决了绕伞衣流场定量测量的难题,同时为降落伞的气动性能分析提供了一个很好的技术方案。

超大型组合翼伞开伞性能研究

为深入了解超大型组合翼伞与连续翼伞开伞过程的差异,文章通过数值模拟计算对超大型组合翼伞和连续翼伞的开伞性能进行了对比研究。首先,基于自由曲面变形(Free-Form-Deformation,FFD)理论建立了超大型翼伞的展向折叠模型,然后应用任意拉格朗日-欧拉(ArbitraryLagrange-Euler,ALE)方法对翼伞折叠模型进行了充气过程的流固耦合仿真计算。分析了超大型组合翼伞和连续翼伞充气过程中的伞衣外形、伞衣应力和气室充气规律,深入对比了超大型组合翼伞和连续翼伞的充满时间和开伞动载。研究表明,连续翼伞和组合翼伞的开伞性能差异很小,两者的充满时间相差不大,组合翼伞展开效果更好,动载之差在5%左右。与连续翼伞相比,组合翼伞更易于制造和使用。研究将为超大型翼伞的设计优化提供一定的参考。

降落伞充气过程中“瓶颈”效应

以大型伞或特大型伞为研究对象,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)流固耦合方法模拟某载人飞船主伞(环帆伞)在无限质量情况下的充气展开过程。计算获得了充气过程中,伞衣外形和流场之间的动态关系,数值模拟出非对称充气、伞顶甩打等不良充气现象,提出了充气过程存在"瓶颈"效应,通过大量的实物试验验证该效应的存在。通过结果分析发现"瓶颈"效应实质是由于伞衣面积大,伞衣结构复杂或开伞速度过大导致气团进入伞体受阻造成的,但其产生的具体必要条件尚有待进一步研究。结论对了解降落伞工作机理,防止开伞失效有重要意义。

人椅系统绕流流场的数值模拟

以某种成熟型号的弹射座椅为研究对象,对其进行合理简化、改进,获得了接近实体的人椅系统几何模型.借助CFD软件FLUENT,采用控制容积法,对N-S方程、壁面函数、标准湍流方程进行了求解.在验证计算数据与实验数据相吻合的基础上,考察了马赫数为0.2,0.6,1.2,攻角为0°～60°,偏转角为0°～30°条件下可压缩人椅系统绕流流场情况,得到了人椅系统绕流流场的流速、压力、马赫数、表面压力及气动力参数分布情况和变化规律.结果表明：高马赫数、零攻角、大偏转角对人体造成的损害程度最大.

先拉伞绳法数学模型及拉直力预测

给出了考虑伞绳粘弹性的降落伞先拉伞绳法拉直过程预测方法.建立了拉直过程数学模型的基本方程,理论分析了基本方程中粘性项对张力波在伞绳中传播的作用;弹性张力波不仅使伞衣套一端产生的张力通过伞绳传到前置体一端在时间上滞后一些,而且由于拉直过程中存在着吸收和弥散现象,使两端的张力不能相等.使用该模型计算了伞拉直运动和拉直力,对拉直力动态变化过程进行了分析.计算表明:前置体一端承受的最大拉直力不仅与伞衣底边被拉动瞬间产生的最大张力有关,而且与拉出伞衣底边以后产生的载荷张力有关.

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。