自落式缓冲气囊仿真研究

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1、第35卷第2期航天返回与遥感2014年4月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING25自落式缓冲气囊仿真研究周清艳言金（中航工业航宇救生装备有限公司，襄阳441003）摘要缓冲气囊被广泛应用于武器装备及物资空投、航天器着陆回收、汽车安全气囊等领域。设计具有优良缓冲性能的气囊系统可以减小物品或乘员所受的冲击力，最大程度上避免了物资的损坏和乘员伤亡。文章以某型空投缓冲系统所用气囊作为研究对象，运用LS-DYNA有限元仿真软件，采用控制体积法对该气囊缓冲过程进行了数值模拟计算，同时，结合工程计算与试验测试，合理确定气囊设计中关键技术状态，获得了带有辅囊的自落式

2、缓冲气囊设计思路与方法，提高了研制品质，节省了研制成本与周期。关键词气囊缓冲过程辅囊有限元分析控制体积法中图分类号:TP391.9文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)02-0025-06DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.02.004SimulationoftheSelf-droppingCushionAirbagZHOUQingyanYANJin（AerospaceLife-supportIndustriesofAVIC,Xiangyang441003,China）AbstractThecushionairbagiswidel

3、yusedinmilitaryequipment,reliefsuppliesairdrop,spacecraftrecovery,automobilesafetyairbagsandsoon.Damageofsuppliesandinjuryofcrewscanbeeffectivelyavoidedwithairbagofgoodcushionperformancewhichreducetheforceandloadofimpact.Basedonreferenceofacertainairdropairbagsystem,aresearchofcushionprocess

4、ispresentedbytheuseofLS-DYNAsimulationsoftwareandControlVolumeMethodtosimulatecushionprocessoftheairdropairbagsystemnumerically.Withengineeringcalculationandtests,adesignconceptandmethodofairbagsystemwithasubsidiaryairbagisachieved,whichmakesthecostandtimeofdesignanddevelopmentreduced.Keywor

5、dsairbag;cushionprocess;addedairbag;finiteelementanalysis;ControlVolumeMethod0引言[1]最早的气囊装置是在20世纪40年代因飞机安全保护提出，气囊保护技术被广泛应用于国防军事[2-3]领域、航天器着陆与回收、武器装备与物资空投、汽车安全气囊等领域。随着对缓冲效果的要求提高，结构更复杂、材料更先进、效果更可靠的气囊正在为大家所关注和研究。缓冲气囊种类较多，按充气方式不同可分为主动充气式和自然充气式；按结构形式可分为单气囊和组合式气囊；按是否放气可分为封闭式和排气式，排气式又可分为恒定排气孔式和可控排气孔

6、式。对气囊的缓冲研究主要有两种：一类是解析分析方法，文献[4]建立的模型假设气囊压缩为等温过程，给出了重装空投用自落式缓冲气囊的一般设计思路和计算方法；另一类是数值模拟即动态非线性有限元仿[5-6]真，其优势在于可以进行缓冲气囊的全向缓冲特性分析，模拟各种着陆环境，适用于计算各种柔性织物收稿日期：2013-07-0226航天返回与遥感2014年第35卷的结构变形，对其工作过程中的速度、加速度、动量、能量及应力应变的分布情况都能够有效地表示出来。[7-10]国内对于气囊工作过程的模拟仿真研究已经逐渐发展起来，目前较为流行的有控制体积法（ControlVolumeMethod,CV

7、）和流固耦合法（ArbitraryLagrangianEulerian,ALE）。CV法研究气囊缓冲过程，可以得到较为理想的气囊外形变化情况，计算时间短，占用计算机资源少，大大降低了计算成本。ALE法尚在探索和改进中，相比CV法而言，它可以计算并获取囊内流场数据，在计算气囊、降落伞等[11-12]高速充气过程中非常有必要。因此，气囊的仿真研究有着很大的发展空间，有待于进一步的努力。本文针对某空投货台缓冲系统开展研究，重点分析气囊缓冲工作过程。采用CV法，运用LS-DYNA软件进行仿真计算，结