基于伞载多体动力学的降落伞开伞过程研究

针对降落伞开伞过程中柔性大变形、强非线性和强耦合性的特点,采用伞载多体动力学方法,以充气时间为自变量,分别建立拉直、充气和稳降3个阶段的动力学模型。对降落伞开伞过程中物伞系统运动学和动力学进行数值分析,研究降落伞开伞过程,通过某型号降落伞飞行试验验证,表明:基于多体动力学的降落伞开伞过程计算简单方便,能够快速指导降落伞的设计迭代,计算结果可以很好地体现降落伞的开伞特性。

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。

环帆伞解除收口充气展开过程数值模拟及应用

针对目前大多数降落伞充气展开过程仿真中时间零点和初始进气口大小的设置与实际使用状态不一致,以及由此导致的充气时间、开伞载荷、充气过程中的投影面积和体积变化规律等仿真结果利用受限和验证的充分性不足等问题,文章通过在降落伞仿真模型中增设收口绳结构,使用单元失效的控制方式,对环帆伞收口稳定状态和解除收口后的充气展开过程进行了数值模拟研究。经过与空投试验相关结果的对比验证,表明降落伞收口控制方法和解除收口后的充气展开过程仿真方法是可行的。同时利用充气过程中的伞衣投影面积及体积变化规律等仿真结果处理得到了伞衣阻力面积和附加质量变化规律,引入量纲为1的充气时间对其进行了处理。最后结合物伞系统动力学模型,实现了物伞系统试验中的开伞载荷预测分析,结果与试验数据吻合得较好。研究成果为降落伞充气性能分析提供了一种具有较高精度的开伞载荷预测方法。

降落伞稳定下降阶段流场的数值模拟

随着计算流体力学 (CFD)和结构有限元分析法的兴起 ,精确描绘降落伞力学特性成为可能。文中采用有限体积法求解不可压流的N -S方程 ,采用Spalart-Allmaras(SA)模型作为湍流模型 ,以模拟降落伞稳定下降阶段时的流场特性。流场的计算结果与实验数据基本一致 。

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 。

降落伞充气时间的计算方法

文章介绍了各类降落伞充气时间的计算方法。对密致伞 ,将质量守恒方程与物 -伞系统的运动方程相结合推导出计算充气时间的数学模型并应用于一个算例。对开缝伞 ,提供了计算充气时间的经验公式。对采用收口技术的伞也提供了计算充气时间的经验公式。

系绳力对降落伞拉直过程的影响

文章采用多刚体模型研究了伞绳的系力对降落伞拉直过程的影响。在物伞系统的动力学模型中将引导伞、伞包、伞绳及回收物处理为开链式多刚体,提出了n阶的递推算法来求解绳段间的约束力。利用该模型研究了伞绳的系力对物伞系统运动的影响。仿真结果表明伞绳的系力是影响伞包角加速度的关键因素。

降落伞“呼吸”现象研究

文章详细地描述了降落伞"呼吸"现象,首次使用降落伞充气过程中的简化轴向和径向动量方程来计算降落伞"呼吸"过程。在此基础上,分别比较有限质量充气条件下开伞速度、载荷物质量、大气密度、降落伞伞绳弹性系数对降落伞"呼吸"现象的影响,获得了一般情况下降落伞"呼吸"现象受载荷物质量与大气密度影响较大,当载荷物质量较小和大气密度较大时,降落伞"呼吸"振荡幅度较大且不易衰减等结论。

低密度大气中降落伞开伞动载的研究

文章根据建立的降落伞充气过程中轴向和径向动量方程,研究了低密度大气中降落伞的开伞动载。通过计算并与高密度大气中开伞动载的比较,得出了低密度大气中开伞动载的特点。

环帆伞技术与发展综述

环帆伞具有开伞可靠、开伞冲击小和伞衣抗损伤能力强的特点,已广泛应用于载人航天回收系统。为全面了解和跟踪环帆伞技术的发展,特别是了解和掌握基于群伞使用的大型环帆伞技术,文章通过分析环帆伞的结构特点,总结环帆伞在航天领域的成功应用经验,证明环帆伞是大型降落伞,尤其是载人航天群伞技术的首选伞型。同时文章还对环帆伞的设计改进过程进行了回顾,包括伞衣侧剖面形状、伞衣上下缘张满度、透气量、使用材料、加工工艺和包伞技术。最后对群伞使用情况进行了探讨,尤其是开伞不同步的问题,并提出了提高充气同步性的建议,这对于中国新一代载人飞船群伞技术的研究具有重要的参考意义。

环帆伞收口比对开伞性能的影响

收口伞具有很好的减载效果，为研究收口比对充气性能及阻力面积的影响，文章首次采用流固耦合数值方法对收口伞进行收口比影响研究。首先对某未收口环帆伞进行了流固耦合数值计算，试验结果验证了该数值方法的可行性。之后，在13％～28％范围内选取5种不同收口比进行了充气过程计算，研究了不同收口比下外形、开伞载荷、阻力面积和收口绳张力的变化情况，并拟合出相应的关系公式。研究结果表明：收口比对进气口张开速度没有影响，但会影响进气口、伞顶孔的首次张开时间。收口比和收口直径比、阻力面积比成二次方关系，和最大开伞动载呈线性关系。收口比为19％时，收口绳张力最大。上述结果可以为收口绳的选择及收口比的优化设计提供参考。

降落伞拉直过程的三维仿真分析

针对某载人飞船降落伞回收系统的主伞拉直过程,基于多体系统动力学理论,建立了由一系列刚体和质点通过弹性约束组成的三维多体动力学模型。首先,在空投试验条件下,验证了该模型的正确性和仿真结果的有效性;其次,模拟了不同风速不同风向条件下的拉直过程,指出侧向风影响最强,并分析了此规律的动力学机理。对载人飞船降落伞系统拉直过程的仿真研究有助于提高对降落伞拉直过程机理的理解。

火星探测器降落伞系统综述

文章介绍了美国火星探测器降落伞系统组成和验证试验情况;分析了5种不同探测器降落伞系统的具体差异;归纳了探测器降落伞系统的结构和性能参数;重点介绍了"凤凰号"和"火星科学实验室"降落伞系统研制过程和性能验证试验。

收口十字形降落伞充气过程动力学建模与仿真

文章用半经验充气时间法对用于某回收器降落伞系统的收口十字形降落伞的充气过程进行了动力学建模与仿真计算,通过参照第一次某回收器飞行试验遥测数据,调整经验参数的值,对动力学模型进行修正。用修正后的动力学模型对第二次回收器飞行试验进行了仿真计算,将仿真计算结果与第二次飞行试验遥测数据的开伞动载以及运动参数进行比较,比较结果具有较好的一致性,证明了动力学模型和仿真计算程序的正确性。

伞顶控制带的设计、试验与应用

对于大型降落伞而言,开伞过程最容易造成伞衣的损伤和破坏。伞顶控制带可以有效地减少和控制降落伞的损伤。文章介绍伞顶控制带的设计技术、试验方法以及应用情况。

飞船舱-伞系统稳降阶段动力学模型的建立

建立一种思路清晰、求解方便易行的降落伞-返回舱系统的动力学模型是研究降落伞-返回舱系统动力学特性的基础。文章从一般刚体动力学方程入手,结合刚体的运动学方程,建立了稳降及着陆阶段舱-伞系统的动力学模型,并与空投试验的一些测试曲线进行对比,证明了本模型的正确性和有效性。

翼伞雀降技术

雀降是翼伞的一种重要性能,在本质上是一种小心操纵的动力失速,使回收系统以最小的速度着陆,降低着陆冲击,实现定点着陆。文章简要介绍了翼伞雀降技术的概念、雀降的典型过程和影响雀降性能的主要因素。目前有限元模拟技术已经用于大型冲压翼伞的雀降技术研究中。随着回收载荷和空投物质量的增加,原来用于翼伞雀降的伺服机构已不再适用,各国正在寻找新的动力源或方法来实现自动雀降。

我国航天降落伞技术的发展

我国航天器用的降落伞研究机构于1959年开始组建,最初,以回收探空火箭为目标,后来相继研制成功各种类型的回收降落伞系统,为我国火箭和空间技术的发展作出了重大的贡献。文中概述我国航天器降落伞技术的发展过程。

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。

飞机着陆操纵指令模型设计与仿真

针对某型飞机进场着陆完全靠目视飞行的现状,分析了该飞机加装着陆指令驾驶系统的可行性,分别设计了下滑线、基准线和下滑速度操纵指令模型。对人机闭环系统进行了飞机全量运动方程数值仿真。仿真结果表明所设计的着陆操纵指令模型可用于实现飞机着陆指令驾驶任务。