超大型组合翼伞与超大型连续翼伞的气动性能对比分析

随着航天回收系统应用需求越来越广,回收物质量也越来越大,对翼伞面积的要求越来越高,超大型翼伞开始受到广泛的关注,然而目前国内外对超大型翼伞的研究较少。对此,文章以超大型连续翼伞和超大型组合翼伞为研究对象,分别对其进行物理建模。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法,基于k-epsilon湍流模型,分别计算在无下拉、单侧下拉、双侧下拉时超大型连续伞和超大型组合伞的气动特性。研究发现,超大型组合伞在组合处有很明显的气流补充,可以减缓流动分离的情况,增大失速迎角,更适合大攻角的飞行任务,适用范围更广。研究成果可以为以后超大型翼伞的选型提供一定的参考。

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。

基于风洞试验的组合翼伞气动特性研究

以组合翼伞气动特性为研究对象,通过开展8 m×6 m直流开口式风洞试验对组合翼伞气动特性开展试验研究。对组合翼伞进行风洞试验气动特性研究,通过光测系统获取稳定状态下组合翼伞实际迎角,六分量天平测试系统获取气动力(矩),得到不同迎角下组合翼伞的气动力(矩)数据。通过本次试验探索柔性翼伞风洞试验方法,积累组合翼伞真实试验气动数据,研究组合翼伞气动特性,为超大型翼伞仿真和设计提供理论支撑。

扑翼飞行器低频大行程组合伞式推进装置设计与试验

传统仿生扑翼飞行器需要在较高的扑动频率下才能获得足够的扑动升力,直接限制其向大型化发展。为解决这一问题,该文基于仿生学原理提出了一种低频大行程组合伞式推进技术,设计了推进装置结构并进行了悬停状态下的试验样机性能测试。结果表明：组合伞式推进装置通过一组扑翼在较低频率下进行同步相反方向的往复运动能够产生有效的推进力;当伞式扑翼向上运动时可以大幅减小其产生的负升力,增大伞翼展长和运动速度,其产生的空气动力均随之增大。与传统柔性扑翼相比,组合伞式扑翼具有较好的推进性能,其推进力与输入功率的比值在0.01～0.04 N/W,高于传统柔性扑翼的测试结果（-0.02～0.01 N/W）。该研究为仿生扑翼向大型化应用提供了参考。