集成火星进入弹道的开伞过程动力学特性研究

针对火星探测任务设计阶段的需求,提出集成再入弹道、开伞过程仿真一体化设计方法。首先,利用质点动力学模型,计算质点弹道,进行探测器进入过程的飞行轨迹仿真,获得开伞初始状态。其次,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,建立开伞过程的流固耦合(FSI)动力学模型,进行典型工况开伞过程数值模拟,分析开伞动压和马赫数对降落伞充气过程的影响。数值模拟开伞过程伞衣几何外形变化和降落伞的流固耦合动力学行为,得到开伞过载变化曲线、伞衣阻力面积变化等典型特征参数。计算结果表明,降落伞开伞动力学的数值仿真方法为火星再入、减速和着陆(EDL)过程的概念设计提供了一定的参考依据。

无限质量降落伞充气动力学数值模拟

为分析降落伞火星再入环境下的超声速开伞性能,基于任意欧拉-拉格朗日罚函数法和多介质任意拉格朗日欧拉算法,求解可压缩流场与降落伞结构的耦合动力学模型。数值模拟盘缝带伞超声速开伞过程外形变化,预测气动力作用下的伞衣织物三维结构动力学行为。结合风洞试验数据,对比分析降落伞开伞性能和前置体对伞衣充气外形的影响。最终给出超声速伞周围非稳态流场的尾流和激波分布。仿真结果表明:盘缝带伞在超声速开伞过程中被完全充满且充气效果良好,未出现塌陷情况;随着来流马赫数的增加,降落伞阻力系数逐渐减小,充气时间缩短。仿真结果与试验结果保持一致,验证了所提方法的有效性。

基于ALE方法的开缝降落伞充气过程研究

为了解某型空投救生伞(平面圆开缝)的开伞特性,文章对其充气过程进行了数值模拟研究。建立了降落伞结构以及流场的计算力学和数值仿真模型,并利用任意拉格朗日-欧拉耦合方法计算得到了流固耦合作用下有缝降落伞的伞衣投影面积和充气过载的数值结果;同时给出了伞衣外形的三维变化结果及流场衍变特性。仿真结果验证了任意拉格朗日-欧拉有限元方法对于开缝型降落伞充气过程数值计算的收敛性和有效性,可用于降落伞试验的模拟和技术验证。

涡环旋转伞流固耦合特性分析

以一种典型的涡环旋转伞为研究对象,采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法模拟其在无限质量条件下的充气展开过程。计算得到了涡环旋转伞的充气展开和转速、开伞动载等时程变化曲线以及稳态阶段伞周围流场变化规律、伞衣织物的结构强度等流固耦合特性。结果表明:涡环旋转伞在来流12m/s时稳定转速约为3.1r/s,伞衣幅充满外形饱满,与伞塔试验结果吻合;稳态阶段涡环旋转伞上方产生大量涡核,涡核中心的连线类似于空间螺旋线;涡环旋转伞的阻力系数大于一般结构轴对称降落伞;伞衣幅与伞绳连接区域以及边缘区域应力明显高于伞衣幅平均应力水平。

涡环旋转伞充气过程及气动特性分析

为了探索灵巧子弹药的减速导旋伞——涡环旋转伞的充气性能和气动特性,利用任意拉格拉日-欧拉流-固耦合方法,模拟一种典型涡环旋转伞在无限质量和低速气流条件下的充气过程,得到伞衣动态变化过程、转速和投影直径时程变化曲线及充满后稳态下的流场变化特性。将充满伞衣幅的有限元模型转化为气动特性仿真模型,利用计算流体力学方法得到涡环旋转伞在低速气流作用下的气动力参数及流场流线、压力分布等特性。将两种方法得到的结果进行对比分析,结果表明:涡环旋转伞在来流12 m/s时能顺利充气展开并实现旋转,伞衣幅充满外形饱满,稳定转速约为3.3 r/s;阻力系数为1.36,大于一般结构轴对称降落伞;导旋力矩系数为0.87;流场分布具有中心对称性。

第二届全国航天动力学与控制青年学者论坛暨第七届全国空间轨道设计竞赛研讨会致辞

各位学者：早上好!我非常高兴能够代表中国力学学会出席第二届全国航天动力学与控制青年学者论坛暨第七届全国空间轨道设计竞赛研讨会.首先,欢迎来自全国各地的青年学者、学生,感谢你们的积极参与,看得出你们在航天动力学与控制、空间轨道设计研究方面一定取得了丰硕的成果.同时,也感谢本次会议的承办单位：南京航空航天大学航天学院、中国科学院太空应用重点实验室、南京航空航天大学青年教授学术联谊会.

基于MATRIXx的航天动力学仿真的研究

航天动力学仿真是航天领域仿真的一个重要组成部分。当前比较流行的通用工程仿真软件，如ＭＡＴＲＩＸｘ、ＭＡＴＬＡＢ等，可以有效地辅助航天动力学仿真系统的实现。本文将结合工程实践，探讨ＭＡＴＲＩＸｘ在航天动力学仿真中的应用范围，同时给出ＭＡＴＲＩＸｘ的有效扩展方法。

降落伞充气过程的参数化仿真软件

降落伞充气过程是典型的流固耦合问题,具有复杂的耦合动力学行为。基于ANSYS/LS-DYNA软件的参数化设计语言和任意拉格朗日欧拉算法开发了适合于航空伞型降落伞充气展开过程的三维仿真系统;介绍了系统主要算法思想和基本组成结构;以某型开缝降落伞的充气过程为例,通过人机交互界面输入伞形、伞衣几何尺寸、流场几何尺寸、伞衣材料等系统参数,数值模拟了降落伞开伞过程,得到了开伞过载,伞衣3D外形变化等计算结果,验证了仿真系统的有效性和可行性。该仿真软件可应用于降落伞低速空投试验和风洞试验的模拟和技术验证。

Galileo系统BOC(1,1)信号码跟踪算法研究

对Galileo系统BOC(1,1)信号码跟踪问题进行了针对性研究,首先分析了已有的ASPeCT BOC(n,n)信号码跟踪技术的性能,然后对ASPeCT的相关函数做线性拟合处理,在不增加软硬件资源开销的前提下得到了新的比例鉴相器,从而改善了跟踪环路的性能。仿真结果表明,相对于ASPeCT技术的EMLP鉴相器,新的鉴相器保持了码跟踪环不存在误跟踪现象的特点,扩大了码跟踪环路的稳定域,并且提高了环路抗噪声的性能。

货运飞船遥操作交会对接仿真试验系统初步设计与仿真分析

以无人货运飞船与空间站交会对接为背景,设计并构建了一套货运飞船遥操作交会对接仿真系统,用于模拟空间站内航天员遥操作货运飞船进行交会对接,重点是各种时延条件下的仿真试验及评估分析。试验结果表明:在所设定的时延范围内,燃料消耗和任务用时受到时延大小的影响,而对接成功率和安全率则不受影响,即在TV图像和测量数据等辅助下,可完成航天员遥操作货运飞船与空间站的交会对接任务。

航天动力学研究进展专辑 序

半个世纪以来，航天动力学的研究取得了较为丰硕的成果，中国航天走出了一条独立自主的发展道路，先后成功实现了“东方红一号”卫星、载人航天工程和探月工程三大里程碑的跨越．2012年6月29日，神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器载人交会对接任务的顺利完成，标志着我国航天技术水平又向前迈进了一大步．航天器和运载火箭作为体现航天技术发展的主要载体，其研制、发射和运行是一项庞大的系统工程，而动力学分析、设计及试验验证则是航天器和运载火箭研制过程中的重要环节，动力学建模、分析方法及试验技术的正确合理性直接影响着航天器和运载火箭的设计水平，甚至决定着航天任务的成败．

开缝伞充气过程流固耦合数值研究

为研究开缝结构降落伞充气过程的流固耦合(FSI)动力学特性,针对某型空投用开缝救生伞的充气过程进行数值模拟研究。基于参数化设计语言开发了伞衣开缝结构的建模方法,建立了开缝降落伞拉直后的初始折叠数值模型。基于欧拉-拉格朗日罚函数法和多物质ALE(Arbitrary Lagrange Euler)算法,对伞衣周围低速黏性不可压缩流场进行数值求解,二次开发了伞绳材料非线性绳索阻尼模型,预测了气动力作用下的伞衣织物三维结构动力学行为,分析了不同来流速度下降落伞开伞性能,包括伞衣投影面积和充气过载变化,并将伞衣变形仿真结果与空投试验结果进行对比。最后对开缝伞充气过程的流固耦合特性进行了分析,包括伞衣结构变形扰动下周围气流的流场衍变特性及气动力作用下伞衣织物的结构强度。仿真结果表明:伞衣外形变化的3D仿真结果与试验结果相符;开缝伞充气过程并无明显的呼吸现象,且能迅速保持稳定;伞缝区域应力明显高于伞衣平均应力水平,在冲击气流作用下易发生破损现象,应布置加强带;充气过程伞顶出现对称的反向旋转涡对,在气流作用下涡对被逐渐拉伸并不对称直至最后分离脱落。