大型伞绳帆和抽打现象连续模型及验证

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1、航天返回与遥感第3l卷第5期22SP^CECR气FTRF=CO、7F=R1I’&REM01下SENSING20lo年10月大型伞绳帆和抽打现象连续模型及验证丁娣程文科(国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073)摘要文章主要推导了可用于描述大型降落伞绳帆和抽打现象的一般绳索三维动力学连续模型,及弦坐标系下可用于求解绳帆现象的两点边值问题(BvP)模型,并采用某型号大型降落伞的空投录像和杆件算例对模型进行验证对比,说明了模型的正确性,采用这一连续模型能够更直观地对大型伞的绳帆和抽打现象进行定性和定量分析。

2、关键词大型降落伞绳帆现象抽打现象绳索连续模型两点边值问题航天器回收中图分类号:V525文献标识码:A文章编号:1009—8518(2010)05—0022一05ValidationofLargePamch疵’s脚舰IIlicContinuo吣ModelsforLiIl鹤anandBllllwIlipDingDiChengWenke(c0Uege0fAems砰Ice锄dMaIerialEngin蒯ng,NU肌,cha嶝llil410073,C11ina)A换湘徼tThempecontinuousd”洲cm【)del

3、sforlar菖ep锄(:hute’slinesailandbullwhipwerediscussedinthispaper.Asimplepoleex锄plew硝usedforthevalidationoft11ebullwhipdynarIlicmodel,andanigIlttestVideogotfmmal心事p;眦achuterecoverysystemwasusedf.orthevali(iationoflinesailmodel.‘rhewellrnatchedresultsdemonstmtedt

4、hattIlemodelsweresuitablefort

5、lequal“ativeandquantitative删ysisofl盯gep锄chute’slinesaiJandbullwhip.Key帅rdsL嘴pamchute“nesajlBullwhipRopecontinuous删elB0undaryValuepmblemSpauce—c觚Iecovery1引言在航天器回收领域,降落伞作为一种覆要的气动力减速装置迄今已经得到J“泛的应用Il。,降落伞的丁作过程一般包括拉直、充气、全允满和稳定下降4个阶段。由

6、于大型降落伞系统尺寸大,拉商及充气时间较长,且容易受随机环境冈素的影响,在拉直过程中出现绳帆和抽打现象的概率较大。绳帆现象是指降落伞在拉直过程中f{{现伞绳或伞农偏离拉直方向,出现部分弯曲的现象_一。抽打现象是指在降落伞拉直及初始充气过程巾,顶部伞农出现的高速甩动现象,与生活中甩鞭H寸的鞭梢运动类似。其顶部甩动速度一般比抽鞭速度小,因此义可以把这种现象称为抽打或甩动现象。绳帆和抽打现象可能导致伞衣破损、开伞冲击过大、充气时问延长以及非对称充气等后果,对系统的开伞性能造成较大的影响,严重时甚至町能导致整个同收任务的

7、失败【3j。在网外一些大型降落伞系统的试验和回收过程中发现f{j现的绳帆和抽打现象,造成了伞农破损等后果,部分试验甚至导致主伞完全损坏,比如2004年美国“新一代火星探测器”降落伞【廿J收系统4次高空空投试验中HJ,前两次均出现-r抽打现象并导致伞衣破损及试验失败。国内在某型号大型降落伞的回收着陆系统多次的空投录像中,观察到少量架次出现收稿日期:2010—05—22第5期丁娣等:大型伞绳帆和抽打现象连续模型及验证23了绳帆和抽打现象埋』。对绳帆现象的仿真从20世纪70年代开始,主要集中在对现象的模拟和对拉直力的预

8、测方面b-6J,而对抽鞭现象的研究主要集中在对“甩鞭子”过程的试验和理论研究以及通过£程手段对伞衣顶部甩动的控制方面L7J。2006年,宋旭民通过建克三维弹簧阻尼模型系统研究r大型降落伞拉直过程中出现的绳帆和抽打现象,并对引起绳帆和抽打现象的原阂和规律进行了一些探讨,认为引起绳帆现象的原因是拉直方向偏离了气流方向,绳帆现象是导致抽打现象的一个重要原因【2一。但是,由于采用二i维弹簧阻尼模型仿真整个拉直过程,对引起绳帆和抽打现象的影响因素分析和对这一物理现象的机理分析不够直观,没法揭示绳帆现象与抽打现象之间的物理联

9、系。同时,以前的研究多采用离散的质量集中模型进行讨论,难以描述冲击加载/卸载以波的形式在介质中的传播过程,而抽打现象正是由应力波在伞绳和伞衣中传播引起的,冈此采用连续模副仿真大型降落伞的绳帆和抽打现象更有助于对物理现象的理解和分析,更有助于对影响因素的分析和讨论。2一般绳索三维连续动力学模型2.1模型假设针对实际T程问题,将已拉出的伞绳、伞衣及所有柔性部分看做三维空间绳索

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1、航天返回与遥感第3l卷第5期22SP^CECR气FTRF=CO、7F=R1I’&REM01下SENSING20lo年10月大型伞绳帆和抽打现象连续模型及验证丁娣程文科(国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073)摘要文章主要推导了可用于描述大型降落伞绳帆和抽打现象的一般绳索三维动力学连续模型,及弦坐标系下可用于求解绳帆现象的两点边值问题(BvP)模型,并采用某型号大型降落伞的空投录像和杆件算例对模型进行验证对比,说明了模型的正确性,采用这一连续模型能够更直观地对大型伞的绳帆和抽打现象进行定性和定量分析。

2、关键词大型降落伞绳帆现象抽打现象绳索连续模型两点边值问题航天器回收中图分类号:V525文献标识码:A文章编号:1009—8518(2010)05—0022一05ValidationofLargePamch疵’s脚舰IIlicContinuo吣ModelsforLiIl鹤anandBllllwIlipDingDiChengWenke(c0Uege0fAems砰Ice锄dMaIerialEngin蒯ng,NU肌,cha嶝llil410073,C11ina)A换湘徼tThempecontinuousd”洲cm【)del

3、sforlar菖ep锄(:hute’slinesailandbullwhipwerediscussedinthispaper.Asimplepoleex锄plew硝usedforthevalidationoft11ebullwhipdynarIlicmodel,andanigIlttestVideogotfmmal心事p;眦achuterecoverysystemwasusedf.orthevali(iationoflinesailmodel.‘rhewellrnatchedresultsdemonstmtedt

4、hattIlemodelsweresuitablefort

5、lequal“ativeandquantitative删ysisofl盯gep锄chute’slinesaiJandbullwhip.Key帅rdsL嘴pamchute“nesajlBullwhipRopecontinuous删elB0undaryValuepmblemSpauce—c觚Iecovery1引言在航天器回收领域,降落伞作为一种覆要的气动力减速装置迄今已经得到J“泛的应用Il。,降落伞的丁作过程一般包括拉直、充气、全允满和稳定下降4个阶段。由

6、于大型降落伞系统尺寸大,拉商及充气时间较长,且容易受随机环境冈素的影响,在拉直过程中出现绳帆和抽打现象的概率较大。绳帆现象是指降落伞在拉直过程中f{{现伞绳或伞农偏离拉直方向,出现部分弯曲的现象_一。抽打现象是指在降落伞拉直及初始充气过程巾,顶部伞农出现的高速甩动现象,与生活中甩鞭H寸的鞭梢运动类似。其顶部甩动速度一般比抽鞭速度小,因此义可以把这种现象称为抽打或甩动现象。绳帆和抽打现象可能导致伞衣破损、开伞冲击过大、充气时问延长以及非对称充气等后果,对系统的开伞性能造成较大的影响,严重时甚至町能导致整个同收任务的

7、失败【3j。在网外一些大型降落伞系统的试验和回收过程中发现f{j现的绳帆和抽打现象,造成了伞农破损等后果,部分试验甚至导致主伞完全损坏,比如2004年美国“新一代火星探测器”降落伞【廿J收系统4次高空空投试验中HJ,前两次均出现-r抽打现象并导致伞衣破损及试验失败。国内在某型号大型降落伞的回收着陆系统多次的空投录像中,观察到少量架次出现收稿日期:2010—05—22第5期丁娣等:大型伞绳帆和抽打现象连续模型及验证23了绳帆和抽打现象埋』。对绳帆现象的仿真从20世纪70年代开始,主要集中在对现象的模拟和对拉直力的预

8、测方面b-6J,而对抽鞭现象的研究主要集中在对“甩鞭子”过程的试验和理论研究以及通过£程手段对伞衣顶部甩动的控制方面L7J。2006年,宋旭民通过建克三维弹簧阻尼模型系统研究r大型降落伞拉直过程中出现的绳帆和抽打现象,并对引起绳帆和抽打现象的原阂和规律进行了一些探讨,认为引起绳帆现象的原因是拉直方向偏离了气流方向,绳帆现象是导致抽打现象的一个重要原因【2一。但是,由于采用二i维弹簧阻尼模型仿真整个拉直过程,对引起绳帆和抽打现象的影响因素分析和对这一物理现象的机理分析不够直观,没法揭示绳帆现象与抽打现象之间的物理联

9、系。同时,以前的研究多采用离散的质量集中模型进行讨论,难以描述冲击加载/卸载以波的形式在介质中的传播过程,而抽打现象正是由应力波在伞绳和伞衣中传播引起的,冈此采用连续模副仿真大型降落伞的绳帆和抽打现象更有助于对物理现象的理解和分析,更有助于对影响因素的分析和讨论。2一般绳索三维连续动力学模型2.1模型假设针对实际T程问题,将已拉出的伞绳、伞衣及所有柔性部分看做三维空间绳索

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