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。

运输机重装备空投鲁棒控制律设计

分析了重装备空投对于运输机纵向运动的影响。建立了重装备空投的扰动运动模型。对于重装备空投过程设计了鲁棒H∞控制律,仿真结果表明所设计的控制器能够消除空投过程中由于运输机特性发生突变而带来的影响。

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。

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。

空投装备着陆冲击环境适应性研究

目的研究空投着陆冲击环境适应性。方法采用有限元、响应面和蒙特卡罗方法,预测空投着陆成功概率;研究不同垂直着陆速度、地面坡度和地面风速对空投着陆成功概率的影响;分析空投装备着陆冲击环境适应性数据,提出提高空投装备着陆冲击环境适应性的措施。结果垂直速度和地面风速对综合成功概率影响显著,地面坡度的变化对综合成功概率的影响不显著。结论通过该方法,能够成功预测空投着陆成功概率,为空投实践提供理论依据和技术指导。

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。