基于控制体积方法的降落伞初始充气模型

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1、第31卷第6期航天返回与遥感2010年12月SPACECRAvrRECOVERY&REM01ESENSDB1基于控制体积方法的降落伞初始充气模型郭鹏夏刚秦子增(国防科技大学航天与材料工程学院，长沙410073)摘要考虑降落伞初始充气过程中降落伞变形情况与受力特性，建立了基于控制体积方法的初始充气模型。模型从理想气体状态方程出发，通过伞衣内部气体质量求解伞衣内部各个部分所受压力，将压力结果代入基于凯恩方法建立的伞衣结构模型中，即可得到对应的伞形；模型在计算时能够考虑伞衣结构透气的影响。数值计算的结果表明，模型计算得到的初始充气过程伞衣形状变化与试验吻合较好，初始充气时间与经验公式基本一致。该方法

2、还可用于对降落伞主充气阶段的数值模拟。关键词初始充气控制体积法凯恩方法降落伞中图分类号：V244．21+6文献标识码：A文章编号：1009—8518(2010)06—0001—08NumericalSimulationofParachuteInitialInflationPhaseBasedonControlV0lunleMethodGuoPengXiaGangQmZizeng(CollegeofAI∞spaceandMaterialb咖咄，NUDT，al咄410073，China)AbstractConsideringtheparachutes’structuralanddynamicsch

3、aracteristicsduringinitialinflationphase，anhi-tialinflationmodelforparachuteswasestablishedbasedOilControlVolumeMethod．Accordingtotheidealgaslaw，pressurevaluesofdifferentpartsofthecanopycouldbecalculatedbythemassofthegasinsidetheparachute．thentheshapeofthecanopycouldbeobtainedbyKalle’smethod．Dynaill

4、Jcsequationsofthismodelwasconstructedbyconsider-ingthecanopyporosity．Numericalresultswerewellconsistentwiththeexperimentalresults．Thedynamicalmeddcanbealsousedforsimulationoftheparachutefinalinflationphase．KeywordsInitialinflationControlvolumemethodKane’smethodParachute1引言降落伞初始充气阶段是指空气由伞衣底边充向顶部，伞衣由折

5、叠状展成近似圆柱形的过程⋯。初始充气阶段是降落伞充气过程中一个重要的阶段，它为随后进行的主充气过程提供了初始条件，其计算结果将直接影响到主充气阶段数值仿真的精度。早在1968年，KennethEF就在大量的空投试验数据基础上总结得到了降落伞初始充气时间的经验公式川2。1999年，Parks学院的JeanPotvin将伞衣简化为管状套，并假设空气为一维不可压流，从而得到了初始充气阶段伞衣内部的流场模型[3]3。2003年，彭勇在Potvin流场分布模型的基础上，采用质量节点弹簧阻尼模型较好地模拟了降落伞初始充气阶段伞衣的变化情况E4-5j。近年来，伴随着计算机技术的发展，采用计算流体力学方法对降

6、落伞初始充气过程进行数值模拟发展迅速，如张红英，王从磊等人分别采用不同方法建立了降落伞初始充气过程模型，均取得较好的结果L6—7J。与此同时，缓冲气囊及充气式展开机构在生活与科研中的大量应用也使得越来越多的研究人员开始关注充收稿日期：2010—06—052航天返回与遥感2010年第31卷气过程的仿真研究，并针对具体问题建立了不同的动力学模型。1999年，Salama等人首次提出了控制体积方法(CotrolVolumeMethod，简称“cv方法”)，用于充气式展开机构的动力学仿真，随后，Wang等人将模型进一步完善，并成功应用于商用非线性有限元分析软件Ls一脚m的缓冲气囊展开过程，取得了较好的

7、结果哺-9J。目前，Cv方法已经广泛应用于缓冲气囊的充气过程分析、空间充气展开机构动力学仿真等多个领域。本文正是在借鉴相关文献的基础上，采用CV方法及多刚体动力学凯恩方法建立了降落伞初始充气过程模型，最后利用该模型对降落伞初始充气过程进行数值仿真uo

8、。2充气模型的建立CV方法的基本思想是将充气结构离散为一系列有限体积单元，相邻单元之间的气体质量流量由连接两单元的开口面积控制，各个单元内部压力相同