缓冲气囊展开与缓冲着陆过程的仿真分析

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1、第3l卷第5期2010年lO月航天返回与遥感SPACECR．、F下R}’(：0、’ERY&REⅥf)T卜1SF=NSING缓冲气囊展开与缓冲着陆过程的仿真分析卫剑征1谭惠丰1万志敏2戈嗣诚3(J哈尔滨1=业大学复合材料与结构研究所，哈尔滨150080)(2哈尔滨工业犬学分析测试中心，哈尔滨150001)(3北京空间机电研究所，北京100Cr76)摘要文章基于显式有限元模型，采用控制体积法对缓冲气囊的展开及缓冲过程进行仿真分析。首先对单个球形气囊进行折叠展开过程模拟，之后依据NASA‘‘猎户座”缓冲着陆器的缩

2、比模型，建立了一个用以评估气囊着陆衰减系统的LS—DYNA有限元模型。分别研究了缓冲着陆器正碰和侧碰对缓冲气囊压力、着陆器的加速度和运动的影响。并与文献进行对比验证，计算结果表明数值模拟的正确性。关键词缓冲着陆气囊充气展开控制体积法航天器中图分类号：1812文献标识码：A文章编号：1009—8518(20lO)05—000l一08Sinlulationfor舢rbagDeployment锄dL锄diIlgProcessofIIlflatableLandiIlgVecllilesWe_iJianzhen91‰

3、Huifen91Ⅵ‰zhirnin2Cesiche曾(1cer吐eI’forc0唧K商teMate一甜s＆SIⅢctures，}Ia由inI鹏“tule0f7融：h肿lo盯，}larbin150080，CK眦)(2cemerforAnalysis&Tes协，HalbinIIlstitLlteof‘‰hnolo搿，Harbin15000l，C}lim)(3BeijiIlgInstitute0fSpaceMechmics&Elec研c时，BeUiIlg100cr76，Chi眦)Abs吮tInnaIabledep

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5、icalt谢100nwass妇uJated．Andthen，accordjngtotllescalemodeJofNASA0五伽CrewVechicJe，aLS—DYNA6mleelementmoflelwases汕lishedtoassesstIlelalldingairbagattenuationsystem．嚅epressureinsideai觑195；werestuditxl，aswellastheaccelerationandITlotionofthelandingvechicle，whenthi

6、svechicle}ladacentraJorlatemlcollision诵ththe目Dudre·spectiVely．Comp撕ngwiththeliterature，thenumericalsimulation11esultsshowfhecon℃ctness．KeywordSCushionbdingAi懈枷a讪ledeployTnentContmlvolumespacec枷1引言充气展开与缓冲过程是缓冲着陆器通过气囊充气展开后，缓冲着陆的萝要阶段，对缓冲着陆器的缓冲着陆起到关键性的作用。缓冲气囊在

7、地【白f折叠成较小体积，安装在返回舱底部防热罩内。在返同舱下降过程中，底部防热罩分离，缓冲气囊充气展开，紧贴在返同舱底部。在着陆时，气囊内的气体受到压缩，吸收着陆冲击能量，达到缓冲的目的[1

8、。缓冲气囊受雎行程大，因而缓冲的加速度峰值小，缓冲效果明显、可靠性收稿日期：2010一c15—06基金项目：国家863计划资助项目(2008从12A205)2航天返回与遥感20lO年第3l卷高。但是，其主要缺点在于展开后，与返回舱组合体的质心位置高，稳定性差，对地面JXl和地面坡度的影响敏感；因此，研究缓冲气囊的技术关

9、键依然是气囊的碰撞反弹以及倾倒等方面。着陆缓冲气囊视其在缓冲行程过程是否具有排气能力，可分为不具有排气孔的气囊和具有排气能力的气囊2大类。而具有排气能力的气囊又分为排气孔面积为固定的气囊、具有可控制排气孔面积的气囊以及增压型气囊等3种【2J。这螳设计都对缓冲起到积极的作用。最近美国JPL在研制“火星探路者”着陆器的着陆缓冲系统时，使用了一种新型的、不具有排气孑L的、全向缓冲式气囊装置。另外，美国NAsA兰利研究中