无人机两级伞降回收仿真及吊点敏感性分析

针对大多数无人机回收采用主伞开伞而忽略减速伞开伞的影响,基于多体动力学建立了无人机两级伞降回收动力学模型,并对无人机两级伞降系统的动力学特性进行了分析。以某无人机为研究对象,得到了其在两级伞作用下的轨迹、姿态等运动特性,并通过移动减速伞吊点和主伞吊点,分析了无人机伞降过程中的俯仰角和飞行轨迹对吊点的敏感性。研究结果表明该伞降系统能够较好地完成无人机的回收任务,所得结论可为减速伞和主伞吊点的设计提供参考。

芳Ⅲ编织绳动态拉伸性能研究

芳Ⅲ编织绳是常见的降落伞伞绳材料,在开伞过程中承受较大的冲击载荷,为研究其动态拉伸性能,文章以3.5-750芳Ⅲ编织绳为例,进行了动态拉伸试验及仿真模拟。首先使用万能强力机对3.5-750芳Ⅲ编织绳开展了4个不同应变率工况下的动态拉伸破坏试验,获得拉力-等效应变曲线,研究发现随拉伸应变率的增加,编织绳的断裂强力和弹性模量均增大,而断裂应变和韧性均减小。随后利用ABAQUS软件,建立了芳Ⅲ编织绳的纱线级有限元模型,依据试验结果对Johnson-Cook动态本构模型进行拟合及参数修正,并应用于编织绳动态拉伸破坏仿真,得到不同应变率下的仿真结果。与试验对比,研究表明,拟合、修正得到的Johnson-Cook动态本构模型可有效地模拟柔性编织绳动态拉伸行为,为柔性编织绳的动态力学性能研究提供了仿真手段。

飞船回收过程动力学建模与仿真

在一定简化假设的基础上,导出了旋量形式的降落伞、返回舱运动方程,建立了包括降落伞系统拉直、充气和充满阶段的仿真模型,可对飞船回收全过程进行集成分析.通过对某飞船空投试验的仿真分析以及与试验数据的对比,验证了模型的有效性.给出了主要的模型假设、分析方法和数学模型.该文的建模方法对于一般降落伞系统的仿真分析以及飞船回收系统性能分析具有重要意义.

面向逆向动力学仿真驱动和验证的半蹲式跳伞着陆实验研究

目的半蹲式跳伞着陆模拟实验的设计和相关数据测量,为逆向动力学软件AnyBodyModelingSystem模型的建立、驱动和验证提供数据。方法根据逆向动力学分析数据驱动和验证的需要,受试者从0.32m高的平台跳落,模拟半蹲式跳伞着陆。对受试者下肢关节运动学参数、地面反力以及下肢4块主要肌肉的肌电图进行测量。结果受试者在与地面接触前后1s内,髋、膝、踝关节角度随时间的变化、右脚地面反力以及压力中心轨迹用来驱动模型;肌电活动性测量数据用来验证模型。结论实验设计可以满足肌骨模型分析的要求,并可用于对半蹲式跳伞着陆的进一步研究。

物伞系统动力学模型和讨论

文章在总结前人工作的基础上,从牛顿和kirchhoff方程出发详细推导了二、六、九、十一、十二自由度模型下的物伞系统动力学方程。利用各个模型对同一物伞系统对象进行仿真计算,通过比较不同自由度物伞系统动力学模型下的计算结果,得出不同自由度模型的差异、特点以及应用范围和计算所需初始条件。

具有倒“Y”型吊挂的降落伞系统动力学建模

具有倒“Y”型吊挂的降落伞系统在回收领域具有广泛的应用。建立了这类系统的动力学模型,包括考虑附加质量的一般刚体动力学方程和基于“平衡点”假设的吊挂系统建模方法。利用该模型对某型飞船空投试验情况进行了仿真分析,通过与试验数据对比,验证了模型的有效性。

牵顶伞在降落伞拉直过程中的作用

采用有限元方法,建立降落伞回收系统的多质点动力学模型,研究了牵顶伞在拉直过程中对主伞性能的影响。模型中将柔性大变形的伞绳、伞衣、连接带离散成若干绳段,各绳段假设为质量集中在中心的质点,各质点间以阻尼弹簧连接,其运动由对应绳段的重力、气动力和张力确定。利用该模型对某批次的空投试验进行了仿真,给出了张力、速度、位移等参数的瞬态变化。经过分析表明,牵顶伞能够改善主伞张力分布,抑制伞衣顶部横向摆动。

一种改进的降落伞动力学模型

为更准确地模拟降落伞动力学特性,根据质点系动量定理和动量矩定理推导出一种改进的降落伞动力学模型。基于该模型对某十字型伞开展了稳降阶段的编程计算,获得了降落伞和载荷体的速度及姿态角的变化情况,数值计算结果和空投试验结果有很好的一致性。该模型易于编程,相较于传统模型能得到更准确的降落伞速度和姿态角的振荡频率,是传统降落伞动力学模型的有益补充。

仿真躯干假人在评价救生伞开伞动载中的应用

目的定量研究仿真躯干假人在确定救生伞开伞动载试验中的作用,为其开发研制提供可靠的试验手段。方法仿真躯干假人披挂救生伞进行冲击试验,用63.4kg冲击块分别以0.20,0.40,0.60,0.80m高度释放冲击块,模拟不同开伞载荷,并测试肩带拉力;同时与5具刚性躯干假人在同样冲击能量下的试验结果进行对比。24名健康男性被试者佩带救生伞背带系统,取站立姿式和坐姿,参加对比试验。结果在同样的冲击能量下,刚性躯干假人肩带响应的冲击力峰值最大,其次为人体站姿,最小为人体坐姿,各试验组之间有显著性差异(P<0.01);在不同模拟开伞载荷条件下仿真躯干假人肩带冲击力峰值分别为2795,3873,4816和5736N,与人站姿试验数据(2541,3042,3720和4250N)最为接近。结论仿真躯干假人因仿真人体黏弹性特征,其在开伞冲击试验中的测试结果比刚性躯干假人更贴近人体的实际状况,而这一特性会直接影响到获得的开伞动态载荷,因此建议在救生伞研发试验中使用仿真躯干假人。

无人机伞降回收十二自由度模型建立与仿真

在无人机的伞降回收过程中,无人机与降落伞一直处于一种动平衡的状态,因此两者间约束关系的处理将是伞降回收动力学建模的难点。为了解决该问题,将无人机伞降回收系统划分为降落伞、吊带和无人机三部分,通过吊带连接点的速度关系得到吊带伸长量,通过弹性系数与吊带伸长量的乘积得到吊带拉力,并将其分别施加于降落伞和无人机系统,最终基于牛顿-欧拉方程建立了无人机伞降回收系统十二自由度模型,其中采用ONERA方程建立无人机由前飞过渡到稳定下降阶段的非定常气动力模型。通过数值仿真与实验数据对比可以发现:十二自由度模型和实验数据的结果一致,验证了该模型的准确性。十二自由度模型相比于六自由度模型精度更高。文中所建模型可为无人机伞降回收系统中降落伞的选取、无人机着陆点的确定提供参考。

火星环境下降落伞拉直过程的动力学建模

文章在简要介绍火星探测器的物伞系统组成以及火星探测器降落伞拉直过程的基础上,根据拉直过程中各物体的运动属性,建立了火星探测器降落伞拉直过程的三维动力学模型。模型将伞包视为变质量六自由度刚体,进入器视为六自由度刚体,伞绳/伞衣采用质量阻尼弹簧模型,即将伞衣、伞绳、连接绳以及吊带离散成若干绳段,每个绳段处理为质量集中在端点的三自由度质点,各质点之间以阻尼弹簧相连。利用所提出的动力学模型对"海盗号"第一次气球发射试验进行了仿真,并与Moog R.D.的仿真计算结果和试验数据进行了对比,验证了该文数学模型的正确性与有效性。

无人机伞降回收过程动力学建模与仿真

文章以无人机的降落伞回收系统为研究对象,通过对伞降回收过程中各阶段动力学特性的分析,推导了便于编程实现的矢量形式降落伞-飞行器二体系统动力学模型。在此基础上,给出了利用MAT-LAB环境的面向对象和并行计算特性搭建无人机回收过程蒙特卡罗仿真环境的一种实现方案。最后,根据仿真计算的结果对某无人机在不同条件下的回收安全性、落点散布特性等进行了计算分析,为后续总体设计方案的验证、改进和优化提供了参考依据。

基于多体动力学的弹-伞系统动态特性仿真

着重对一种弹-伞系统的动态特性进行了仿真计算。计算时,以刚体弹道代替传统的质点弹道,利用多体动力学方法作理论分析,在Solid Works和MSC.Aadms中建立系统的动力学模型,进而进行了弹-伞系统的动态特性仿真,主要是过载仿真计算。与理论计算比较,结果相近,证明了仿真计算的可靠性。

运输机牵引式空投规划起始点控制优化研究

针对运输机空投规划技术水平落后,科学计算不足,不能准确对运输机空投起始点进行控制这一问题,提出最佳空投起始点的计算方法,以运输机空投原理和需求为基础,对空投物资的投送轨迹进行建模,深入分析了影响该轨迹的内外部因素,包括降落伞弹道运动学原理、气象风、物资质量、空速、高度等,并对其进行仿真验证,得出有效规划结果。最后对各变量进行分析对比,得出各变量之间的变化关系。通过计算可确定对运输机空投规划的起始点进行计算确定,为机组人员进行空投任务规划提供有力技术支撑。

低空伞弹外弹道动力学模型

在一定的假设的基础上 ,将飞行系统 (炸弹与降落伞组成 )看作为变质量的质点弹性系统 ,充分考虑了变质量、附加质量及其引起的作用力 ,给出了作用在伞衣上的横向气动工程计算方法 .借鉴现代控制理论的结构化模型方法 ,建立了低空伞弹自动坠落过程、拉直过程、充气过程及稳定下落过程的结构化模型 ,使计算机编程易于实现 .运用该模型通过空投试验数据验证 。

阻力伞附加质量与阻力系数修正方法

在阻力伞试验,特别是高速滑车试验过程中,由于阻力伞系统作非匀加速的非定常运动以及前置体尾流场的影响,现有的阻力伞试验数据计算方法已经难以准确计算其阻力系数。本文针对阻力伞试验过程中的这种非定常运动和尾流干扰特性,对阻力伞系统进行了动力学分析,并对阻力伞非定常运动过程中的附加质量和尾流场特性进行了理论研究,提出了阻力伞双质量模型,并建立了阻力伞阻力系数非定常修正和动压修正方法。在此基础上,针对某型十字形单伞和十字形双伞模型的试验结果进行了分析,确定了相应的非定常修正系数和动压修正系数,分别建立了十字形单伞和十字形双伞的阻力系数修正模型。修正模型验证结果与风洞试验和传统计算方法结果进行了对比,研究发现:对于单伞模型,本文计算方法可以使计算结果误差从原来的27%降低到9%以内;对于双伞模型,可以使计算结果误差从原来的30%降低到7%以内。基于附加质量理论分析,非定常和动压损失的阻力系数修正方法可以更准确地计算阻力伞阻力系数,从而为阻力伞试验数据分析提供了一套更准确的计算方法。

跳伞着陆冲击的多体系统仿真分析方法

探讨跳伞着陆冲击过程中人体模型的多刚体系统动力学建模方法,介绍多刚体系统理论中Kane方法的基本原理,用Kane方法建立跳伞着陆冲击的二维人体模型,模拟人体在跳伞着陆冲击载荷作用下的运动学特征,计算出人体各段承受的着陆冲击力,并与相关试验结果进行比较,论证了Kane方法用于跳伞着陆冲击仿真分析的可行性。

飞船舱-伞系统稳降阶段动力学模型的建立

建立一种思路清晰、求解方便易行的降落伞-返回舱系统的动力学模型是研究降落伞-返回舱系统动力学特性的基础。文章从一般刚体动力学方程入手,结合刚体的运动学方程,建立了稳降及着陆阶段舱-伞系统的动力学模型,并与空投试验的一些测试曲线进行对比,证明了本模型的正确性和有效性。

探月返回器伞舱盖拉伞包动力学模型

文章针对探月返回器伞舱盖弹射分离后出现的物理现象,建立了伞舱盖弹射分离拉伞包过程动力学模型,复现了伞舱盖弹射分离试验中观察到的伞包追赶伞舱盖现象,比较了地面静止弹盖条件及飞行条件下拉伞包过程的异同,分析了主要设计参数对拉伞包过程的影响。研究表明,对于现有弹盖系统,伞包拉出后均存在追赶伞舱盖的现象,并且这一现象无法通过调整弹射分离速度、伞舱盖质量及连接点位置得以避免。

六自由度无人动力伞的动力学建模

针对动力伞的动力学研究,建立了全量模型研究无人动力伞飞行中动态特性问题。在惯性系下从牛顿力学基本原理出发,用矢量方法推导无人动力伞的动力学方程;经过坐标转换,得到动力学方程在体轴系下的形式,并补充运动学方程,使方程组满足封闭性要求,从而建立完整的矢量动力学模型。通过两个仿真算例,分析了动力伞实施推力和航向舵下偏控制的飞行特性,验证了模型的合理性。