考虑高空环境影响的充气式减速器折叠展开动力学计算

为研究高空环境工作条件下充气式减速器的折叠充气展开过程,以美国IRVE-3飞行器为例,建立充气式减速器折叠数值模型,对绑带结构采用膜单元建模,基于控制体积法和LS-DYNA软件进行流-固耦合动力学计算。在动力学分析中分析地面与高空对于展开过程的影响,并进行机理分析。结果表明:所建模型能较好地模拟折叠充气展开过程,并且高空环境对充气式减速器的展开时间、气囊体积与内压变化等关键指标有显著影响。

汽车安全气囊展开过程的仿真算法

对气袋织物的各向异性材料模型进行研究,将织物的拉伸和剪切仿真与试验结果对比,以验证材料模型的准确性.分别采用控制体积法(Control Volume,CV)与近年来新开发的粒子法(Corpuscular Method,CPM),对平铺与折叠气囊展开进行数值模拟,并对比气囊展开形态和压力结果对比.结果表明,CV方法只适用于IP(In-Position)乘员与气囊作用的仿真模拟,而CPM方法可模拟出气囊展开初期的高速气流运动,且计算效率较高,适用于OOP(Out-of-Position)乘员与气囊的相互作用仿真.

折叠气囊展开过程CV和ALE数值模拟方法对比研究

文中首先给出一种折叠气囊网格的简单划法;然后用基于热力学的CV法和考虑高速气体与气囊织物相互作用的ALE法对驾驶员侧气囊展开进行了数值模拟,并对两种方法的模拟结果进行了对比。结果表明:CV方法尽管计算简单,但不适合于离位情况下气囊展开过程的模拟,建议使用ALE方法。

气囊充气过程流固耦合数值模拟

基于LS-DYNA有限元分析软件,采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合方法模拟了气囊充气过程,获得了充气过程中,气囊外形和流场之间的动态关系,分析了囊内流场的动态变化情况,并和气囊分析的控制体积(Control volume,CV)法进行了对比。结果表明,CV方法尽管简单,但对于高速下的气囊充气过程,无法获得囊内瞬态的流场变化及气囊表面的展开细节,确立了ALE方法在气囊充气仿真的可行性;通过囊面结构应力的分析,获得了气囊展开时的危险位置。该仿真结果对于协助气囊设计,减少试验次数具有重要意义。

着陆气囊缓冲过程数值模拟研究

目的对某大型空降装备着陆缓冲系统的可排气型气囊缓冲过程进行数值模拟研究。方法基于有限元方法,建立着陆缓冲系统的有限元模型,采用控制体积法,利用显式动力分析软件LS-DYNA对着陆气囊的缓冲过程进行数值模拟,分析了气囊缓冲过程中气囊内压、气囊剩余高度和气囊排气速率等特性的变化规律,以及气囊织布的弹性模量、排气压力和排气口面积等主要参数变化时对气囊缓冲特性的影响规律。结果对气囊的缓冲特性影响较大的参数为气囊的排气压力和排气口面积,当气囊织布的弹性模量高于0.2 GPa时,弹性模量的变化对气囊的缓冲特性影响较小。结论研究结果可为工程人员进行气囊初始设计和对气囊缓冲过程进行模拟仿真提供参考。

绳系卫星安全捕获策略下的释放最优控制

安全捕获是绳系卫星系统空间应用的一个重要拓展。考虑系绳质量、系统质心变化及状态、控制约束,采用基于Lagrange方程的圆轨道条件下空间绳系网捕系统三维动力学模型。建立了安全捕获模型,推导得到零相对速度条件下的安全捕获末端条件。为保证方法的适用性,将基于Legendre伪谱法的连续时间最优控制问题离散为标准的非线性动态规划问题。最后在考虑释放控制前初始面外角偏差为5°的情况下,通过数值仿真验证了方法的有效性。仿真结果表明:对于远距离释放条件下的安全捕获,系统质心变化不容忽视;最小能量与绳长加速度约束下的控制响应相比最小时间与面内角约束要更平滑。

大型反射面的充气展开动力学研究

为了掌握大型反射面从收拢状态到完全展开状态的动力学特性,采用气囊模型和控制体积(CV)法对反射面的充气展开过程进行研究。建立了包含中心轮毂、肋板、支撑杆、薄膜圆环和张拉绳的反射面有限元模型,提出逆解法获得折叠收拢状态下反射面的节点坐标,给出了充气展开动力学分析流程,获得了恒定充气速率下展开过程中圆环充气体积、环内压力等参数与展开时间的变化规律。结果表明,采用充气技术可进行大型反射面有序可控展开,反射面的充气展开过程分初始收拢状态、解锁释放、肋板展开、保压稳定四个阶段,地面充气展开试验结果验证了仿真分析的准确性。

双圆柱气囊缓冲性能分析

基于有限元法和控制体积法,建立了双圆柱气囊缓冲系统的有限元模型。以着陆速度为6.7m/s,高为2m,直径为1m的圆柱形气囊为例,利用LS-DYNA软件计算气囊缓冲过程中空投设备的速度和加速度,并对影响气囊缓冲性能的织物弹性模量、排气孔开口面积以及气囊初始内压进行了分析。结果表明:(1)当气囊织物的弹性模量E≤0.5GPa时,增大弹性模量可以显著提高气囊的缓冲性能;当气囊织物的弹性模量E>0.5GPa时,增大弹性模量对气囊缓冲性能的影响很小。(2)在不超过排气阀门值的范围内,增大气囊的初始内压可以有效地提高气囊的缓冲性能。

基于CV法的空间薄膜充气管的展开速度分析

为了有效控制充气薄膜结构模拟过程中的展开速度,本文首先从CV法(控制体积法)的基本理论入手,通过改变材料和结构的相关参数,对模型的设置进行了改进,以研究影响充气结构展开速度的因素;其次将两种不同充气速率对充气管展开速度影响的模拟结果与实验结果进行了对比,发现数值结果与实验结果趋势基本相同,从而验证了CV法的可行性;最后研究了材料参数、充气温度、排气面积等参数对充气管展开速度的影响。研究发现:充气速率越大,充气管的展开速度越大;材料的弹性模量影响较小;质量密度越大、温度越低、排气孔的面积越大,则充气管的展开速度越低。因此,从充气结构的材料本身和结构模型考虑,选用高密度材料、采用较低的充气温度、加大气囊的排气面积均能有效降低充气结构的展开速度,从而为充气结构的设计和应用提供参考。

不同折叠形式的柱状气囊展开过程数值模拟

柱状气囊的折叠与充气展开过程复杂,采用实验手段研究其展开过程存在诸多不便。针对柱状气囊提出两种不同的折叠方式并分别建立相对应的数值分析模型,利用非线性动力学软件LS-DYNA研究柱状气囊折叠后充气展开的动态应用特性,对影响气囊展开过程中蒙皮应力、体积和内压曲线变化的因素进行分析,分别讨论不同折叠方式和外界环境参数对柱状气囊动态特性的影响。结果表明:两种折叠方式在收纳空间与材料强度上各有优势;此外,环境参数中的外界压强对气囊展开后的稳定状态有较大影响,而温度对气囊展开的影响相对不明显。

安全气囊展开的三种数值模拟方法的对比

在安全气囊实际开发中,利用仿真技术可降试验成本,缩短开发周期。针对控制体积法(CV)、任意Lagrange-Euler法(ALE)和粒子法(CPM)3种模拟方法,该文对比了各自的适用范围和优缺点,给出了各方法的理论模型以及有限元建模方法;结合某车型驾驶员侧折叠气囊,仿真对比了各方法的展开效果、温度、压力分布等主要参数。结果表明:CV法更适用于在位情况下的气囊仿真分析;而ALE法和CPM法可分析离位情况下气囊流场分布,且在气囊展开初期可考虑到气流效应对乘员的影响。该研究结果可为对气囊仿真方法的选择及气囊设计提供参考。

Z形折叠薄膜充气管充气展开过程仿真

展开过程仿真是评估空间充气折叠结构展开力学行为的重要工具,仿真结果可以进一步指导折叠方案和展开构型的设计改进。笔者基于控制体积法和有限元法,建立了多次Z形折叠充气管的有限元模型,阐明了折叠管充气展开仿真计算的基本原理和建模处理方法。通过对比研究不同充气速率条件下充气管在展开过程中各参数的动态变化规律,表明充气速率是影响Z形折叠充气管展开性能中至关重要的因素。充气速率越快,展开越快捷。但充气速率过高,展开过程对母体的扰动力也越大,并且带来展开后期管体自身的严重振荡。适当选择充气速率,可以有效降低扰动载荷峰值,并且有利于展开后期管体自身振荡的迅速衰减。适当增加充气管薄膜的厚度,虽然增加了对母体的扰动力,但可以有效降低管体展开后期的振荡速度。

实战化教学质量控制模型构建方法及应用

针对当前实战化教学中缺乏科学化、规范化的方法获取人才素质需求,并将其映射到教学过程中的问题,以质量功能展开为支撑理论,研究构建实战化教学质量控制模型,并对模型中的相关理论及算法提出了有效的解决方案。在此基础上,以"船舶动力装置及自动化"课程为对象,构建该课程实战化教学质量控制模型,为该课程实战化教学改革提供科学指导和质量控制依据。为科学获取实战化对人才的素质需求,并将其映射到人才培养的各个阶段提供理论和方法支撑,为实战化教学质量控制提供指导。

基于HEART方法的管制员调配飞行冲突的人为差错概率研究

空中交通管制员的核心任务之一是调配飞行冲突,故有必要对管制员调配飞行冲突的可靠性进行分析与评估。本文首次将HEART方法应用于管制员调配飞行冲突的人为差错概率分析,并根据相关人因可靠性分析方法对HEART中的任务分类和差错诱发条件进行了改进,从而提高了该方法在空中交通领域的适用性。改进后的HEART方法能对管制员调配飞行冲突的人为差错概率进行定量分析,并可发现起负面作用的差错诱发条件,可为管理部门有针对性地制定改进措施提供技术支持,对保障空中交通安全有序地运行具有重要的意义。

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。

基于力矩控制法的同步展开技术研究

多连杆展开结构作为一种典型的空间展开结构,需要通过机械或绳索同步装置进行展开运动控制。为有效降低展开系统的复杂度,避免传统机械同步装置的不足,提出了一种新型运动控制方法:力矩控制法。通过分析3连杆系统的运动特性,确定了系统各展开轴线上的驱动力矩是控制同步性的关键参数。为实现有序展开,3连杆系统需要在运动过程中合理分配各驱动力矩值。传统的机械同步装置是强制保持力矩平衡以实现同步性,而力矩控制法则是通过精确设计各力矩值实现展开同步的。在实际工程应用中,为简化参数选取难度,采用恒力矩驱动弹簧代替阿基米德涡卷弹簧作为系统动力源。在建立展开结构的动力学模型的基础上,运用ADAMS的设计评估工具完成了弹簧参数的确定。最终结果标明整个展开系统的不同步量优于0.3 s,能够满足使用要求。

气囊缓冲机理研究及排气口面积的影响

为了研究排气口面积对气囊缓冲性能的影响,建立了某无人机气囊缓冲系统有限元数值模型。采用控制体积法对气囊的缓冲过程进行了数值模拟及缓冲机理探讨,得到了缓冲过程中各动力学参数、运动学参数和能量的变化情况。结果表明,缓冲过程存在稳定波动、升压吸能、排气放能三个阶段。排气口面积越小,缓冲时间越长且可能导致反弹;而排气口面积过大,将导致系统卸压过快,缓冲性能降低。根据无人机过载随排气口面积的变化关系,获得了上述气囊缓冲系统的最佳排气口面积。

“神舟号”载人飞船开伞控制方案设计

载人飞船的开伞控制方案是回收着陆系统设计中的一个关键环节,它直接关系到飞船回收着陆系统工作的成败。文章根据载人飞船特点的分析,制订了飞船开伞控制方案,即采用静压高度控制法来控制开伞,然后根据静压高度控制的工作原理,详细介绍了开伞控制方案的设计方法和流程。仿真试验和飞行试验结果表明:"神舟号"载人飞船开伞控制方案的设计是合理的、正确的。

基于遗传算法的空间伸展臂展开过程优化控制

针对空间伸展臂展开过程建立多体系统动力学模型,并以控制力为变量建立优化控制模型,通过最优控制力的选取,使空间伸展臂得以平稳、快速展开.为了避免基于梯度的优化方法在寻找最优控制力过程中大量复杂的灵敏度计算,采用遗传算法进行全局寻优.同时,优化迭代过程中动力学方程采用高阶变分数值积分方法求解,具有更高的稳定性.最后,以剪叉式空间伸展臂为例,利用遗传算法对其展开过程进行优化控制.

基于控制体积法及等效粘性阻尼法的空气弹簧冲击数值仿真

基于空气弹簧的冲击试验,采用等效粘性阻尼代替气滞、气粘及材料阻尼,结合控制体积方法,应用Abaqus/Explicit软件模块,分析变壁厚空气弹簧的振动冲击过程,获得空气弹簧的运动量及气囊状态量。对比试验结果表明:等效粘性阻尼及控制体积法能比较准确地描述空气弹簧的振动冲击状态,验证该方法的有效性,为气囊等类似结构的力学性能分析及设计提供一种很好的预测手段。