Environment Adaptability Evaluation for Buffering Airbag of Heavy Equipment During Airdrop Landing

Aimed at the difficulties in analyzing the buffer characteristics of airbag system by using thermodynamic or experimental method only,the finite element method was used to establish nonlinear models for heavy equipment and its airbag system.The models' efficiency and correctness were validated by using on-site experiment data in vehicle airdrop landing.The simulation results agree very well with the experiment results.Then,the environment adaptability of airbag system of heavy equipment under high-altitude condition was studied by using the models.Finally,some solutions were given to solve the overturn problem in the landing.

某储运发箱着陆缓冲特性仿真与试验验证

目的研究排气型气囊作用下某储运发箱空投着陆缓冲性能。方法建立储运发箱-气囊空投系统的LS-DYNA有限元模型,计算空投系统着陆缓冲过程的动力学响应。根据空投安全阈值,对火箭弹过载、火箭弹轴向力、各部件结构应力等进行分析。通过搭建缓冲试验平台,对仿真模型准确性进行验证。结果受冲击较大的火箭弹过载略大于30g,框架某隔板处应力超出许用应力,应注意防护。测试结果与仿真结果一致性较好,误差在±10%以内。结论本文建立的仿真模型精度较高,能满足工程需要。本文研究方法和结果对于储运发箱结构设计、着陆缓冲方案设计有一定参考意义。

不确定因素下空投系统气囊缓冲仿真研究

在货台空投稳降阶段,降落伞系统的摆动及着陆区域不平整地形等不确定因素不仅对气囊缓冲能力产生影响,严重时甚至可能导致货台侧翻,有必要针对这种更为一般的着陆条件进行仿真分析。在现有的空投系统气囊缓冲过程仿真模型基础上,考虑货台下落姿势和地面坡度两个因素,构建不确定因素下气囊缓冲的仿真模型,通过蒙特卡洛仿真获取大量结果样本点,结合置信水平得到货台着陆可靠度。算例结果表明,所建模型能有效模拟缓冲气囊的实际工作特性,仿真算法结果合理,可行性高,具有更广泛的工程应用价值。

组合式气囊在重装空投中的缓冲性能分析

针对现有主/辅结构单气囊难以满足未来大载重、高海拔、载乘员空投装备缓冲需求的问题,提出采用含圆柱密闭内气囊的组合式气囊的空投装备缓冲方案。对传统空投装备单气囊缓冲过程进行排气理论分析并仿真,发现随着触地初速度的增大,传统气囊结构存在装备与地面的硬碰撞问题;对内气囊参与缓冲的阶段过程进行理论分析,并对组合式气囊进行了多工况仿真,将其与传统单气囊缓冲进行对比;分析了不同内气囊直径和外气囊排气孔面积对装备过载的影响及其数值变化趋势。结果表明,组合式气囊在多种工况下均有出色的缓冲性能,随着内气囊直径和外气囊排气孔面积的增大,装备过载整体呈现先降低后升高的趋势,当内气囊直径为0.25m,外气囊排气孔面积为0.04m^(2)时,缓冲效果最佳。在装备9m/s高速触地普通工况下,装备过载为11.13,与单气囊缓冲相比降低18.87%。研究对未来新一代空投装备更低着陆过载的需求提供了合理的方案。

空投缓冲气囊有限元模型修正方法

为了提高空投缓冲气囊有限元模拟的准确性,需要对气囊有限元模型进行修正。建立了载荷-气囊系统有限元模型,通过模型参数对气囊缓冲特性的灵敏程度分析,选择气囊与地面之间的摩擦系数和气囊排气口流量系数作为待修正参数,建立了摩擦系数、流量系数与冲击响应的响应面模型,对该响应面模型采用遗传算法进行迭代修正,求解出待修正参数的最优解。通过修正前后仿真结果与试验结果的对比验证了模型修正的有效性。

空投装备气囊缓冲系统评价方法

以热力学理论和有限元法为基础,建立装备-气囊系统有限元模型,并利用试验数据对模型进行验证。对比结果表明,所建模型系统的精度较高,可以用在下一步的仿真分析工作中。针对缓冲气囊的复杂非线性模型计算规模大、难以进行大规模计算的问题,以着陆初速度、初始侧倾角、初始俯仰角、横向速度和地面坡度为变量,分别以最大冲击加速度、最大侧倾角、最大俯仰角以及气囊最大内压为响应,结合扩展拉丁超立方设计,采用径向基函数构建多工况响应代理模型。考虑空投装备在着陆过程中环境因素以及空投装备着陆姿态的影响,利用蒙特卡罗法结合代理模型对多工况下的空投装备着陆成功概率进行计算。通过计算得到着陆成功概率为95.84%,冲击加速度为其主要影响因素,气囊内压为次要因素。

货台空投系统气囊缓冲过程仿真

基于热力学方法,建立了货台空投系统气囊缓冲过程仿真模型。综合考虑了实际缓冲工作过程中气囊的形变与排气口面积的变化,从而更加有效的模拟了该型缓冲气囊的实际工作特性。仿真结果与试验结果一致,能够准确的计算缓冲过程最大过载、缓冲过程时间等特性。基于DirectXSDK实现了气囊缓冲过程的可视化仿真。建模方法与可视化技术可用于其他型号气囊的缓冲特性仿真计算工作。

冲压式空投气囊着陆缓冲性能仿真研究

目的以冲压式空投气囊为研究对象,对气囊的着陆缓冲过程进行有限元仿真,以研究其缓冲性能。方法使用Solid Works软件建立了气囊和装备的几何模型,导入到有限元分析软件Ansys/LS-DYNA中划分网格,加载并进行求解,并用后处理软件Ls-prepost对仿真结果进行分析,得出了气囊的体积和压力变化曲线,以及空投装备的位移、速度和加速度的变化曲线。结果气囊在着陆缓冲过程中的最大压力为0.198 MPa,空投装备的着陆冲击加速度峰值为175 m/s2(17.9g)。结论空投装备的最大冲击过载是17.9g,装备最大过载Amax<允许过载20g,气囊满足性能要求。气囊内压力峰值对于气囊的设计有重要影响,以气囊峰值压力0.198 MPa为参考标准,在气囊材料选取和气囊加工方面要确保气囊能承受相当的峰值压力,以避免缓冲时气囊发生爆裂。

基于气囊缓冲的载人空降乘员防护装置优化设计

针对载人空降乘员安全防护问题,基于气囊缓冲原理设计一种全新的气囊缓冲座椅和仿生气囊护颈,更有效地对空降乘员实施全方位的保护。通过开展装备落地碰撞试验对气囊缓冲装置的数值模型进行校正,并运用微型多目标遗传算法对气囊装置的动态特性参数进行优化,结果表明该方法不但能减少空降试验次数与昂贵试验成本,而且还能为工程人员提供多种方案以满足不同产品要求,在载人空降防护技术领域具有一定的实际工程意义。

新型自充气式着陆缓冲气囊的理论分析与设计研究

目的针对目前着陆缓冲气囊充气展开方面的功能缺陷,设计研究一种新型自充气式气囊。方法详细论述气囊的结构及其自充气原理,建立气囊整体结构模型;分析气囊进气孔的结构和工作原理,并进行相关计算;最后理论分析气囊缓冲着陆过程及其缓冲性能。结果新型自充气式缓冲气囊展开时仅有1/6的体积需要自带气源充气,进气口结构能满足空投下落时气囊的自充气,实例计算得出空投载荷的最大冲击加速度只有60 m/s2,小于允许的最大冲击加速度。结论新型自充气式气囊能够大大减轻空投系统自身的重量,进气口结构能满足气囊功能要求,使空投物资受到的冲击加速度小于允许的最大值,气囊能对空投货物起到很好的缓冲保护作用。

载人防护缓冲气囊座椅的优化设计

针对设备载人空投过程中乘员防护的问题,设计出一种对乘员人体进行防护的缓冲气囊座椅,并采用MADYMO软件建立了缓冲气囊座椅数值模型,模拟该设备载人空投着陆中缓冲气囊座椅对乘员的缓冲过程。以减少人体的颈部损伤和胸部损伤为优化目标,利用微型多目标遗传算法对缓冲气囊座椅的充气质量、排气孔面积、排气压差以及缓冲气囊护颈的充气质量进行优化。该优化设计不但可以减少气囊座椅设计实验次数从而降低实验的成本,而且在载人空投防护技术领域具有一定的实际工程意义。

车载炮重装空投着陆缓冲底盘强度分析

参照车辆动力学方法,建立某车载炮重装空投着陆缓冲动力学模型,以着陆过程中货台的位移为激励,计算出悬架在该激励下的动力学响应,并通过分析悬架行程估算出悬架强度是否满足要求。在此基础上基于控制体积法和有限元法,利用LS-DYNA瞬态动力学分析软件,建立了某车载炮空投着陆缓冲系统的仿真模型,综合考虑了气囊、悬架及可压缩结构的缓冲效应,据此分析了缓冲系统的缓冲特性和车架强度,为车载武器系统空投着陆方式设计提供了依据。

基于有限元分析的重型装备空投系统匹配和评估

针对采用实装试验研究空投装备着陆缓冲过程的方法难以得到有效结果的问题,采用非线性有限元分析方法,结合气体热力学理论,建立重型装备空投系统解析模型和非线性有限元模型,结合试验数据验证模型的有效性和精度.在分析重型装备空投着陆缓冲过程的响应特性基础上,采用拉丁超立方试验设计方法和移动最小二乘法构建响应面模型,结合环境条件的统计规律研究空投系统的匹配和评估方法.分析高海拔条件下空投过程中存在的问题,给出其发生机理并提出解决方案.

空投着陆系统多气囊并联缓冲特性研究

为了计算多气囊并联着陆缓冲系统缓冲特性,分析各种因素对其缓冲特性的影响,以理想气体均匀压力模型为基础,采用控制体积法建立了多气囊并联着陆缓冲性能数值计算模型。针对某气囊缓冲系统进行了地面冲击实验,通过与实验数据对比,验证了计算模型的正确性。通过计算分析了主要参数对气囊缓冲系统缓冲特性的影响。结果表明,气囊缓冲系统缓冲特性受空投质量、着陆速度、排气口面积和着陆海拔高度等因素影响较大,必须在其允许的使用范围内才能达到理想的缓冲效果,以保证空投装备的安全。

空降空投中的气囊缓冲包装技术

目的对目前缓冲着陆气囊的发展状况进行总结分析,对重装空投气囊着陆缓冲系统的性能进行评估。方法通过建立某重型装备气囊缓冲系统的LS-DYNA有限元模型,对该模型进行缓冲仿真计算,对着陆装备的速度历程和加速度历程进行分析。结果在重力加速度作用下,0.15 s时间内,仿真模型从4.8 m/s加速到触地速度为5.4 m/s;在气囊缓冲作用下加速度减为0时,继续加速到速度最大值,之后模型在反向加速度作用下急剧减速后产生反向速度,经过几次波动后最终速度基本为0,即着陆成功。结论仿真模型的速度和加速度的变化情况等都满足气囊安全着陆应有的规律,体现了仿真的可行性。

精确空投缓冲气囊材料研究

介绍了精确空投着陆缓冲的作用原理以及对气囊材料的要求,分析了聚酰胺、聚酯纤维2种气囊织物材料和氯丁橡胶、硅酮2种涂层材料的结构性能及发展,总结了当前主要的新材料技术,提出了着陆缓冲气囊材料的发展趋势。

冲压式快速空投气囊空投轨迹研究

目的仿真探索突风对空投气囊空投轨迹的影响状况。方法研究突风对传统空投产生的影响,利用Matlab软件中的Simulink模块分别研究有无突风对空投精确度的影响。结果竖直突风对空投轨迹误差的影响是水平向左方向偏差约为600 m,水平向右的突风对水平位移误差的影响是水平向右方向偏差约3 km以上,而水平向左的突风对水平位移误差的影响是水平向左方向偏差约2 km以上。结论竖直突风对空投轨迹的影响较小,而水平向右的突风影响最大。

冲压式快速类空投试验研究

目的通过类空投试验,对比研究冲压式快速空投气囊和传统缓冲气囊的着陆过程和着陆缓冲效果。方法以冲压式快速空投气囊为研究对象,建立气囊模型,制作类空投气囊和降落伞模型;在高约23 m处,分别进行不使用任何缓冲、采用传统缓冲气囊、采用冲压式快速空投气囊的类空投试验。结果采用传统缓冲气囊进行类空投时,装满水的玻璃瓶和矿泉水瓶损坏概率分别为22.2%和11.1%;采用冲压式快速空投气囊进行类空投时,损坏概率均为0。结论冲压式快速空投气囊的类空投效果远远好于传统缓冲气囊,为深入研究冲压式快速空投气囊打下了基础。

空投重物水面迫降动态特性参数分析及优化

根据任意拉格朗日-欧拉理论,建立了空投重物水面迫降性能分析的液—固耦合有限元模型,并进行了数值模拟和实验验证。模型经验证后,其数值结果与实验数据非常接近,并利用验证后的模型应用正交试验设计的方法对空投重物水面迫降动态特性参数进行分析和优化,从中获得更佳的参数匹配来提高抗坠毁性能。

圆柱筒式空投气囊缓冲模拟

目的研究某空投缓冲系统圆柱筒式气囊的缓冲过程,得出缓冲特性曲线,并校核装备冲击过载。方法基于有限元理论,利用Ansys中的显示动力学分析软件LS-DYNA建立气囊缓冲系统的有限元模型,采用粒子法,对气囊缓冲过程进行数值模拟,并与传统气囊仿真所使用的控制体积法进行对比。结果经模拟得出空投着陆缓冲过程中气囊排气口打开时间为63.4 ms,缓冲过程中的最大过载为13.3g,获得了缓冲高度、货台加速度等特性的变化规律。将气囊缓冲特性与使用传统的控制体积法仿真的结果进行了对比,排气口打开时间误差为10.7%,最大过载误差为8.6%。结论 2种方法的结果对比一致性较好,验证了粒子法进行缓冲气囊模拟的可行性,同时使用圆柱筒式气囊缓冲的最大过载满足装备空投对过载不超过20g的要求。