折叠降落伞展开过程研究

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1、第33卷第2期航天返回与遥感2012年04月SPACECRAFYRECOVERY&REMOTESENSING折叠降落伞展开过程研究程涵余莉李少腾冯云明(南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016)摘要为更好地从机理上研究折叠降落伞的展开过程．文章首先采用基于初始矩阵修正的直接折叠法建立了降落伞的折叠模型。并对该模型使用任意拉格朗日一欧拉法模拟了无限质量情况下不同风速、不同引导伞作用下开伞情况。计算结果证明了引导伞经验设计的有效性．但同时发现个别情况下经验设计过于粗糙，容易导致出现不良充气状态。文章的研究内容对降落伞设计、优化具有指导意义。关键词任意拉格朗日一欧拉法折

2、叠引导伞降落伞中图分类号：V244．216文献标识码：A文章编号：1009—8518(2012)02—0001—06DOI：10．3969／j．issn．1009—8518．2012．02．001AStudyontheOpeningProcessofFoldedParachuteCHENGHanYULiLIShaotengFENGYunming(CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)AbstractInordertos

3、tudythedeploymentmechanismoffoldedparachute，adirectfoldingmethodbasedonIMMcorrectionisusedtoestablishthefoldedparachutemode1．ThentheArbitaryLagrangeEuler(ALE)methodisusedtosimulatethefoldedparachuteopeninginaninfinitemasssituation．Theopeningprocesseswithdifferentwindspeedsanddifferentpil

4、otparachutesareobtained．Theresultsverifytheeffectivenessofthepilotparachutebasedonexperiencedesign．Buttheexperiencedesigniscoarseinsomesituations，andleadstoadverseinflation．Thisworkcouldprovideguidancetothedesignoroptimizationofparachute．KeywordsArbitraryLagrangeEuler(ALE)method；folding；

5、pilotparachute；parachute1引言降落伞包装体积小、减速效果好，在航空、航天减速系统中有着不可取代的地位。在降落伞的折叠展开过程中，其阻力面积急剧增大至几百倍。是一个典型的流场结构相互作用的强非线性问题【--，涉及到空气动力学、纺织材料结构力学、多体运动动力学等诸多力学问题，研究难度很大。因此，过去一直将降落伞的折叠展开过程分为拉直和充气两个阶段早期的降落伞拉直过程理论模型为两质点平面模型，只能得到物、伞两质点的运动参数。1984年，Punris基于绳索动力学理论，首次提出了拉直过程的离散模型，模型中将柔性大变形的伞绳、伞衣、连接带离散成若干绳段(质

6、点)，各绳段的运动由它们的重力、气动力和张力确定[；文献[4—7】对Purvis模型进行了不同方面的改进，形成了较为完善的多质点、多刚体、多自由度拉直过程运动模型，但无法反映织物折叠展开过程中材收稿日期：2011—11—03基金项目：国家自然科学基金(No．11172137)2航天返回与遥感2012年第33卷料的结构特性和周围流场的气动特性。降落伞充气过程的理论模型一直是基于半经验半理论方法进行研究，主要方法有充气距离法、充气时间法和动量方法1981年，Purvis最早对平面圆伞轴对称面进行了二维流固耦合计算．但对伞衣结构模型和伞衣内部流场压力模型做了非常大的简化[81

7、，且对阻尼系数较为敏感：1993年，Benny,Stein等人提出了降落伞CFD／MSD耦合模型0]，该模型一定程度上反映了伞衣展开过程中流场结构相互作用的物理本质．但由于伞衣织物为质点模型，无法得到伞衣充气过程中的结构力学性能，并且没有和试验结果进行对比：2005年起，Benjamin等人采用任意拉格朗日一欧拉法(ArbitraryLagrangeEulerMethod，ALE)模拟了三维降落伞开伞过程[11—121，并经过了试验验证国内，秦子增、曹义华、余莉等人也做了大量的研究工作fl'l341，主要侧重对结构动力学行为或者流场行为来