基于模型的空投任务飞行品质试飞设计及评估

重装空投飞行试验过程中,货物运动会导致飞机姿态变化过大,影响飞行安全;为了保证重装空投飞行试验安全,建立了空投过程数学模型,预测空投过程飞机响应、使用“预测→验证→比较→预测”的方法指导飞行试验循序渐进实施;在空投试飞前,分析空投货物时飞机响应特点,确定载机平台飞行品质试飞内容,评价空投构型飞行品质,作为空投飞行试验的前提;对于空投任务飞行试验设计从试飞状态选择、试飞员操纵方法设计两方面开展研究,以飞机姿态控制为目标,确定重力空投、牵引空投过程飞机飞行状态、给出飞行员操纵建议,设计了空投过程评价要素表,形成面向空投任务的飞行试验设计及飞行品质评价技术;提出的基于模型的试验设计方法及飞行品质评价方法可以有效保障空投任务执行,并全面充分地评价空投任务下的飞行品质。

面向空投的青藏高原风场大涡模拟研究

青藏高原地形复杂且气候恶劣,对高原空投伞降和航空安全是巨大的挑战;本文基于数值模拟方法,研究一套适用于高原复杂地形的风场精确模拟方法。本研究首先基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式的大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)方案,研究青藏高原大涡模拟方法,构建一套降尺度至40 m水平分辨率的WRF-LES系统。然后,基于青藏高原大风个例,通过敏感性试验研究,评估LES方案和地形高程数据对风场模拟影响。其外,对LES方案的标准亚格子湍流应力模型中参数进行分析,得到青藏高原风场模拟的最优方案组。最后,进行批量试验,检验该方案对高原风场模拟的适用性。试验结果表明:(1)40 m分辨率的WRF-LES系统可模拟得到更精细和准确的风场信息,模拟风速平均绝对误差MAE(Mean Absolute Error)较ACM2方案减小1.4 m·s^(-1)且均方根误差RMSE(Root Mean Square Error)减小1.81 m·s^(-1);(2)高精度地形资料ASTER的接入可以改善模式对风场模拟的效果,各项误差较模式默认地形模拟结果均存在约0.2 m·s^(-1)的改善;(3)LES方案采用基于1.5阶湍流动能方案且常数项系数为0.1时模拟效果最佳,MAE为1.56 m·s^(-1)且RMSE为2.06 m·s^(-1)。批量试验验证了大涡模拟方案对于青藏高原边界层风场模拟具有较强的适用性,40 m分辨率区域风场模拟效果明显优于中尺度模拟效果,可为高原空投伞降提供准确的风场信息。

重心布置及漂角对空投气垫艇纵稳性影响分析

为了分析空投气垫艇在不同重心位置和漂角下的纵摇运动响应,利用STAR-CCM+平台的重叠网格技术对气垫艇在规则波中的水动力性能进行数值模拟。研究表明,重心和漂角的变化对空投气垫艇阻力性能和航行稳定性的影响十分敏感,试验中通过改变压块来调整气垫艇重心位置,在低速段即0.4<F_(r)<0.8时,重心纵向位置前移与垂向位置上移将会导致阻力增加,而当其在高速段即F_(r)>0.8时,重心纵向位置前移和垂向位置下移将导致阻力减少,为了满足高速船舶性能,因此重心位置布置时宜适当前移。在0°<β<30°范围内,漂角越小,气垫艇受到波浪的激励作用愈加明显,纵摇运动响应幅值越大。优化重心布置方案漂角等组合形式能够有效提升气垫艇的航行稳定性,综合分析可知该型气垫艇在重心位置靠近艏部且以一定小角度漂角高速航行时,纵向稳定性越高且兴波阻力性能最佳。

空投物出舱过程运动参数影像测量方法研究

根据某飞机货物空投运动参数的测量需求,针对狭长的货物运动空间进行近景拍摄,但是采用常规双站影像测量手段存在局限性。因此,构建8-高分辨率摄影相机组合交会测量场,研究基于组合标定的相机位姿关系解算方法,将测量场内相机纳入同一基准,有效解决复杂背景下编码标志判读问题,并完成测量原理试验验证与精度分析。

隔空投送:媒介化变革与陌生人的交往形成

【目的】陌生化社交已成为当下新社交流行的新型交往方式。在媒介化不断深化、社会化不断纵深的当下,本研究以隔空投送为中介,尝试探索陌生人的社交需求以及陌生人的交往形成逻辑。【方法】本研究结合关系理论视角,采用深度访谈的研究方法。【结果】通过研究发现,陌生化社交的形成不仅为满足陌生人的娱乐需求,其互动需求也在互动双反考量的范围内。【结论】研究发现基于隔空投送的陌生社交也许会开辟一片新的天地,在这个领域之中,隔空投送双方存在由弱关系变为强关系的可能,也有投送双方互为潜关系的存在。隔空投送开拓了新的社交功能,丰富了新的社交意涵的时候,也许陌生社交的可能才刚刚开始。

基于速度概率分布的空投场空域容量理论模型研究

空投作为重要的资源补给手段,相对于传统陆水运输,可以高效安全地实现物资保障,其空域容量对空投计划的制定有着不可或缺的影响。目前对于空投场场景的空域容量理论研究较浅,首先研究分析空投场运行特点,结合空投场场景的运行、结构特征,提出了空投场空域容量定义;其次分析空投场运行中可能出现的航空器追赶情况,建立了空投场空域容量计算模型;最后,以某空投场为例,计算该结构下的空投场理论容量,通过蒙特卡洛仿真验证理论模型的可靠性。同时探究了航空器运行速度及小于最小安全间隔概率变化下空投场空域容量的变化规律。

装备空投多体系统动力学建模与仿真方法研究进展

装备空投是将装备向指定的地面区域快速投送的技术,拥有快速响应和长距离作战的特点。装备空投系统是典型的多体系统,目前,仍然面临落点精度及安全性等关键瓶颈问题,与空投所涉及的流固耦合、强非线性、接触碰撞、大变形结构动力学密切相关。因此,该文从多体系统动力学建模、动力学性能预测与优化设计等方面综合阐述装备空投的国内外研究进展,总结装备空投的研究发展趋势以及技术难题,指出了提高装备空投精度和安全性的前沿研究方向。

STPA在重装空投任务安全性分析中的研究及应用

针对重装空投任务复杂、风险性大、不确定性强等问题,将重装空投任务中的安全问题视为控制问题,并首次将STPA方法应用于重装空投任务的安全性分析。通过系统分析识别重装空投任务中的不安全控制行为,建立重装空投任务的控制反馈结构,对不安全控制行为(UCA)进行致因分析;构建重装空投任务安全性计算框架,并选取典型不安全控制行为作为计算分析对象,开展重装空投的定量安全性分析。结果表明,STPA方法能够有效开展重装空投的安全性分析,定量计算结果能为机组人员科学决策提供一定的指导帮助。

纤维混杂铺层对无伞空投箱抗冲击性的影响

目的 对无伞空投箱所用的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维/环氧树脂体系纤维混杂铺层的复合材料层合板进行研究,以在低成本下提高实现效果。方法 复合材料层合板分为10层,采用层间混杂结构,通过改变混杂比、铺层角度及铺层顺序,设计148种铺层方案,利用ANSYS–APDL软件分析3种参数变量对层合板拉伸性能及抗弯性能的影响。结果 沿主要受力方向铺设纤维,碳纤维层在外侧、玻璃纤维层集中在中心,且玻璃纤维层体积分数为40%时,材料具有最高的性价比。结论 针对混杂纤维复合材料层合板,通过调整混杂比得出碳/玻璃混杂纤维复合材料性能较好,通过调整铺层角度得出纤维铺设角度越接近受力方向其性能效果越好,通过调整铺层顺序得出不同混杂比、铺层角度下的最佳性能结构。

先进的精确空投系统

文章总结了近年来先进的精确空投系统的发展概况 ,介绍了当前几种主要的精确空投系统。内容涉及发展精确空投系统所需要的关键技术 ,精确空投系统的一般实现方法 ,精确空投系统当前达到的水平及其发展方向。

空投水下滑翔机入水冲击载荷研究

因水下滑翔机内部结构精密,空投入水瞬间水下滑翔机的外壳和内部结构会受到巨大的冲击,直接造成水下滑翔机的损坏。针对上述问题,借助STAR-CCM+软件,采用重叠网格方法和VOF多相流模型,分析水下滑翔机的入水过程,计算不同姿态下的水下滑翔机入水时径向力、轴向力和速度变化,同时考虑水下滑翔机外形结构特点,对水下滑翔机外形结构进行减载优化。仿真结果表明:随入水攻角增大,水下滑翔机受到的径向力作用效果大于轴向力;随入水速度的增大,水下滑翔机入水冲击载荷增加。同时,首部导流罩采用较大长短轴比的椭圆曲线,翼板采用折叠翼、柔性翼等折叠结构能够具有明显减载效果。本文研究成果可为水下滑翔机空投条件选择和空投入水结构优化提供参考。

猎户座飞船回收系统空投试验与数据分析

猎户座飞船是美国新一代的载人飞船,其回收系统经过了11年的研制,共进行了44次空投试验和1次太空飞行试验。文章总结了猎户座飞船回收系统的空投试验情况,并介绍了试验的数据分析。在数据分析上,猎户座飞船回收系统采用仿真模型重构了试验,获得了充气参数的分布,并按照这一分布随机选取参数进行仿真,获得了降落伞的阻力特性包络;采用图像测量和分析,获得了降落伞的运动情况和形状变化,修正了试验数据,并建立了伞衣三维模型。猎户座飞船回收系统的空投试验和数据分析有利于全面地掌握回收系统的性能,对我国航天器回收系统的研制具有参考意义。

基于改进NSGA-Ⅱ算法的双运输机重装空投研究

为了提高空降部队突击突防能力,对双运输机重装空投编队多目标规划问题进行研究。首先,基于分离法分析重装空投货台运动过程,通过欧拉迭代思想构建货台动力学模型。然后,考虑到前机尾涡对后机影响,构建了双运输机编队空间位置模型。为确定双机编队位置关系的最优解,采用改进后的NSGA-II算法,引入支配强度、优化精英策略、种群等级交叉系数以及高斯变异算子,同时基于方差表示拥挤度,计算出最终结果。仿真实验数据表明,优化后的算法不仅能够提升双运输机编队飞行安全性,而且使得空投点更加密集、空投精度更高。

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。

基于视觉的空投系统姿态获取及解算技术研究

空降空投技术是空军装备发展的基础,为使远距离投放的空降装备平稳着陆,需获取货台模块的姿态数据,以实时调整降落姿态避免着陆侧翻事故。本文设计开发了一种基于视觉的方法来解算空投货台姿态,以准确地估计空投货台在空投降落过程中的姿态。空投系统的降落距离分为远地160m和近地20m两个阶段。设计了不同尺度的标志作为不同降落阶段的视觉参考,有效地提高了空投货台的自主降落高度。当空投货台初始降落高度为160m时,利用合作目标的固有几何性质识别环境中的整体合作目标;当到达近地面20m时,利用Hu不变矩作为地面辅助特征筛选出中心合作目标,最后利用单应性对空投货台的运动进行估计。该算法有效地提高了空投货台姿态解算技术的准确性、实时性和鲁棒性,也满足了空投货台实时姿态精确计算的要求。试验结果表明了基于视觉的空投货台姿态解算技术的意义和可行性,具有较好的应用前景。

重载空投系统主轴黏着磨损的分析与改善

重载空投系统在抢险救灾和军用空投的过程中发挥着巨大作用,但该系统的故障将会给救灾、作战带来巨大隐患。采用ANSYS Workbench仿真复现主轴磨损状况,通过表面涂层的方式对主轴进行表面涂层修复处理,研究重载空投系统主轴在经过镀铬工艺处理后,其表面黏着磨损的改善状况。实验结果表明:表面处理后的试件在工作压力下有轻微的划痕,但并未出现黏着磨损,从而验证镀层对防止黏着磨损是有效的。

多功能空投式山林应急救援包装设计

救援包装是应对灾害和事故必不可少的措施之一,现有应急救援包装结构单一,对应用领域针对性较小。为提高救援效率,减少事故对人员造成的伤害,本文对现有空投式包装的结构进行改进,设计一种针对山林应急救援用的多功能空投式救援包装。该包装具有定位、温控等多种功能,可有效保护应急救援物资,满足山林应急的需求,具有广泛的应用前景。

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。

基于空投救援装备的海上大规模救援技术研究

首先给出了空投救援装备的救援流程,然后针对影响空投救援装备救援效能的3个关键问题,利用k-means聚类分析方法计算得到了漂浮平台的最佳布放位置,并通过极限分析的方法获得救助艇的合理救援路线,有效缩短救援时间;基于无人机技术发展,研究分析了救援中无人机的搜索引导、通信中继和态势监控作用,可为海上救援提供灵活的信息保障手段。该研究可为利用空投方式实施海上大规模救援提供有效技术支撑。

水囊组合件空投跌落冲击仿真及优化设计

目的确定空投水囊的厚度以及提高空投水囊成功率。方法基于ANSYS/LS_DYNA有限元分析软件,建立聚氨酯(TPU)水囊组合件三维仿真模型,对其空投跌落冲击3种类型地面过程进行仿真,优化囊体厚度,分析地面倾斜时水囊组合件的跌落冲击情况,并通过与已有试验数据的对比验证了该仿真方法的有效性。结果仿真计算表明,3 mm厚度的TPU水囊可以抵御水囊组合件的跌落冲击而不破损。水囊组合件跌落冲击混凝土、沙地和草地时,水囊所受冲击应力集中在下层水囊的两侧中部,沙地对水囊缓冲最为明显,所受应力大约是混凝土地面的1/4;在混凝土地面倾斜时,水囊所受冲击应力会相应增加,为了保证该水囊组合件的安全空投,地面倾斜角度不应超过12°。结论利用有限元仿真分析空投水囊跌落冲击是可行、有效的,可应用于空投水囊的安全性设计与评估。