降落伞充气过程中“瓶颈”效应

以大型伞或特大型伞为研究对象,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)流固耦合方法模拟某载人飞船主伞(环帆伞)在无限质量情况下的充气展开过程。计算获得了充气过程中,伞衣外形和流场之间的动态关系,数值模拟出非对称充气、伞顶甩打等不良充气现象,提出了充气过程存在"瓶颈"效应,通过大量的实物试验验证该效应的存在。通过结果分析发现"瓶颈"效应实质是由于伞衣面积大,伞衣结构复杂或开伞速度过大导致气团进入伞体受阻造成的,但其产生的具体必要条件尚有待进一步研究。结论对了解降落伞工作机理,防止开伞失效有重要意义。     

有限质量降落伞充气动力学数值模拟

为研究空投任务中降落伞有限质量充气过程的动力学行为,基于罚函数耦合方法和网格自适应技术分析了降落伞柔性结构与周围不可压缩流场的流固耦合特性。数值模拟开伞过程伞衣三维外形变化,获得降落伞系统下落速度、阻力面积等参数;对比分析初始投放速度对降落伞开伞时间、伞衣阻力面积的影响;通过试验数据对比分析开伞力变化。计算结果表明,该方法可以有效模拟降落伞系统有限质量充气过程的动力学特性,仿真结果与试验结果相符。     

涡环旋转伞流固耦合特性分析

以一种典型的涡环旋转伞为研究对象,采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法模拟其在无限质量条件下的充气展开过程。计算得到了涡环旋转伞的充气展开和转速、开伞动载等时程变化曲线以及稳态阶段伞周围流场变化规律、伞衣织物的结构强度等流固耦合特性。结果表明:涡环旋转伞在来流12m/s时稳定转速约为3.1r/s,伞衣幅充满外形饱满,与伞塔试验结果吻合;稳态阶段涡环旋转伞上方产生大量涡核,涡核中心的连线类似于空间螺旋线;涡环旋转伞的阻力系数大于一般结构轴对称降落伞;伞衣幅与伞绳连接区域以及边缘区域应力明显高于伞衣幅平均应力水平。     

降落伞主充气阶段数值模拟

建立了降落伞主充气模型。前体、伞绳及伞衣离散为一系列弹性连接的质量节点,伞衣内部流场为二维无粘、不可压流。利用模型计算了主充气阶段伞衣形状变化、伞衣投影面积变化及伞绳张力。计算结果与试验结果进行了比较,相当吻合。     

牵顶伞对大型降落伞抽打现象的作用

对某大型降落伞系统的拉直过程进行多阶段、多有限段和多自由度的动力学建模。通过仿真研究了牵顶伞和剥离带等改进措施对主伞拉直后伞衣抽打现象影响,重点分析比较了带与不带牵顶伞时伞衣位形、抽打速度、偏离距离等参数的变化,分析结果可为大型降落伞的工程设计、改进和使用提供理论支持。     

大型降落伞拉直过程中的抽打现象分析

针对某大型降落伞回收系统主伞拉直过程中出现的抽打现象进行了分析,根据其拉直过程的特点将其划分为五个阶段,分别建立了各阶段的实体模型和约束模型,通过模型的组合建立了各阶段的多体动力学模型,将各阶段模型连接进一步组成该型号大型降落伞拉直全过程的动力学模型。仿真分析了该型号大型降落伞出现抽打现象时的伞衣位形、顶部伞衣速度、伞绳和伞衣的偏离距离以及张力的变化,总结了抽打现象形成时的一些特征数据,分析结果可为大型降落伞设计、改进、使用等提供参考。     

利用循环网络的降落伞开伞载荷补偿方法

为了对降落伞充气展开过程中的开伞载荷进行更加准确的预测,提出一种基于循环神经网络的开伞载荷补偿计算方法,包括模型架构和数据处理方式。该方法将充气时间法计算的预测值代入循环网络进行二次计算,使最终结果能够更加贴近试验真值。使用多层前馈网络、标准循环网络与长短时记忆网络三种网络进行比较,验证了所提模型预测结果的适用性和准确性,研究了学习率、输入层维度和隐层维度等超参数对模型性能的影响,并给出了基于长短时记忆网络的补偿模型最优训练条件。实验结果表明,利用循环网络进行开伞载荷预测具有较好的拟合结果,为机器学习与降落伞工业的学科交叉研究提供了一定的参考方向。     

基于正交试验的大型降落伞开伞冲击载荷影响因素分析

对大型伞开伞过程冲击载荷的影响因素灵敏度进行研究.采用充气时间法对降落伞的充气过程进行建模,并运用正交试验设计方法设计了数值试验来分析初始条件、回收物参数、减速伞参数、主伞参数和环境条件等21个影响因素对主伞和减速伞的2次开伞力峰值、主伞开伞时刻动压等5个指标的影响及灵敏度.通过对比4组不同初始条件的数值试验结果,提出了影响减速伞和主伞开伞冲击载荷的主要因素,并具体分析了各个因素的影响方式.     

救生伞背带分系统对假人动载的影响

为了改善救生伞背带分系统的安全性,建立降落伞-背带-假人系统的动力学模型,分析背带及脱离锁参数对假人质心过载的影响。针对救生伞假人高速开伞空投试验,采用多体动力学方法建立降落伞、背带脱离锁和假人的十五自由度动力学模型;采用半质量-阻尼弹簧模型建立背带模型,连接降落伞、脱离锁和假人;利用实测过载计算降落伞开伞力。利用所建立的动力学模型仿真典型状态下假人和背带的动力学响应,验证所建立模型的合理性。分析了脱离锁位置、背带松紧程度、背带材料特性对假人质心最大过载的影响,可用于指导背带设计以及确定最佳的背带脱离锁位置。     

救生伞背带参数对假人动载的影响研究

针对救生伞假人高速开伞空投试验，建立降落伞-背带-假人系统的动力学模型，分析背带及脱离锁参数对假人质心过载的影响。在合理简化的基础上，采用多体动力学方法建立降落伞、背带脱离锁和假人的十五自由度动力学模型；采用质量-阻尼弹簧模型建立背带模型，连接降落伞、脱离锁和假人；利用实测过载计算降落伞开伞力。利用所建立的动力学模型仿真典型状态下假人和背带的动力学响应，验证所建立模型的合理性。分析脱离锁位置、背带松紧程度、背带材料特性对假人质心最大过载的影响，用于指导背带设计以及确定最佳的背带脱离锁位置。     

充气式防热罩再入轨道设计

充气式防热罩是最近几年才出现的新型航天回收技术 ,为各种轨道航天器的回收提供了简单、可靠、经济的途径 ,有望逐渐取代降落伞在回收系统中的地位。合理选择防热罩外形 ,用CFD方法计算了防热罩以亚、跨、超声速飞行时的阻力特性 ,并与工程估算方法作对比。分别采用单次和二次充气方案 ,完成了 90kg货舱安全着陆的再入轨道设计。在对两种充气减速方案的再入轨道进行比较分析之后指出 :对于回收同样重量的货舱 ,二次充气方案在保证减速效果的前提下大幅度减轻了防热系统设计的负担 ,是理想的ITS再入减速方案     

伞衣优化设计对群伞系统气动特性的影响分析

随着载人航天、深空探测等航天任务的蓬勃发展,航天器回收载荷质量大幅提高,以单具降落伞为功能核心的传统减速系统已不能满足大质量回收载荷日益提高的迫切要求,发展群伞减速着陆系统是实现大载重航天器高效减速和无损着陆要求的发展方向。本文采用数值模拟手段对群伞系统的气动特性开展仿真研究,结合环帆伞构型优化设计,分析了多种构型下群伞系统的气动特性。通过对仿真结果进行流场分析和数据对比发现,开窗/开缝设计既能够确保群伞系统具有良好的阻力特性,又能够维持群伞系统的工作稳定性,避免单伞之间由于受力而发生碰撞现象。采用数值仿真手段不仅可以提高降落伞研制效率,降低研发成本,也为设计人员掌握群伞系统的工作原理、促进降落伞设计理论发展提供了有力保证。     

重型装备回收系统气囊缓冲特性研究

将气囊缓冲过程分解为绝热压缩和排气释能2个过程,从热力学和运动学方程出发,建立考虑降落伞阻力影响的缓冲气囊的解析分析模型。基于该模型,对立式气囊的缓冲特性进行研究。结果表明：降落伞阻力对缓冲性能有微小影响,在计算中可以忽略。在理论分析的基础上给出了系统质量与气囊初始体积比的最优值,探讨了排气口固定型与可控型气囊的缓冲特性及其应用优劣。     

经纬网络充气机翼构形特征与气动性能分析

将充气机翼应用于临近空间太阳能飞行器是具有创新性的设计概念。针对充气机翼构形特征和气动分析的相关问题,对构形特征进行分析和设计,并建立经纬网络充气机翼的模型;进一步运用数值方法,通过与标准翼型对比,分析二维充气机翼、三维经纬网络充气机翼的气动性能。数值分析结果表明,在设计的雷诺数条件下,充气机翼的气动性能相比于标准翼型有所降低。在此基础上,结合对流场结构和流动机理的研究,分析出导致充气机翼总阻力系数明显增加的主要原因是:充气机翼表面许多凹陷的局部区域所形成的涡结构,导致局部的摩阻有小幅的减小,但压差阻力大幅增加,最终使得总的气动性能有所降低。     

动力车纵向气动力风洞试验及数值模拟

采用风洞试验(在地板抽吸和不抽吸情况下)和数值模拟计算对200km/h动力集中型电动旅客列车组动力车纵向气动力进行了研究,得到了动力车作为头、尾车的纵向气动力系数。结果表明,地板抽吸后,头、尾车空气阻力均有明显增加,头车负升力增加,尾车正升力减少;动力车头、尾两车联挂时底部空气阻力占总的空气阻力的25.9%,列车减阻的重点在车体底部空气阻力。     

载人航天器低空救生仿真

在载人航天器低空救生中,回收系统开伞点的初始状态参数如速度、离地面高度、弹道倾角对返回舱能否安全着陆有很大影响.与正常返回类似,低空救生中的回收系统同样经过多级伞的拉直、充气、全充满等运动过程.通过建立回收系统着陆过程的动力学模型,经过大量仿真对比分析,得到开伞点离地面高度为低空救生中返回舱安全着陆的首要因素,同时对低空救生中回收系统多级伞开伞减速过程有了详细的分析.