火星环境下降落伞拉直过程的动力学建模

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1、第35卷第1期航天返回与遥感2014年2月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING29火星环境下降落伞拉直过程的动力学建模鲁媛媛荣伟吴世通（北京空间机电研究所，北京100094）摘要文章在简要介绍火星探测器的物伞系统组成以及火星探测器降落伞拉直过程的基础上，根据拉直过程中各物体的运动属性，建立了火星探测器降落伞拉直过程的三维动力学模型。模型将伞包视为变质量六自由度刚体，进入器视为六自由度刚体，伞绳/伞衣采用质量阻尼弹簧模型，即将伞衣、伞绳、连接绳以及吊带离散成若干绳段，每个绳段处理为质量集中在

2、端点的三自由度质点，各质点之间以阻尼弹簧相连。利用所提出的动力学模型对“海盗号”第一次气球发射试验进行了仿真，并与MoogR.D.的仿真计算结果和试验数据进行了对比，验证了该文数学模型的正确性与有效性。关键词火星探测器降落伞拉直过程绳帆动力学建模与仿真质量阻尼弹簧模型中图分类号:V423.6文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)01-0029-08DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.01.005DynamicModelingofParachuteDeploymentin

3、MarsEnvironmentLUYuanyuanRONGWeiWUShitong（BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China）AbstractBybrieflyintroducingtheparachute-payloadsystemcompositionsandparachutedeploymentofMarsprobe,andonthebasisofthemovementcharacteristicsofparachute-p

4、ayloadsystemduringdeploy-mentprocess,athree-dimensionaldynamicalmodelisdevelopedtostudythedeploymentprocessofMarsprobe.Theparachutebagisconsideredasavariablemass6-DOFrigid.Theprobeistreatedasa6-DOFrigid.Theparachutesystemusesthemass-spring-dampermodel,viz.,thec

5、anopy,suspensionlines,risersandbridlesarediscretedintosome3-DOFsegmentswiththeircentralizedmassontheendpoints.Eachsegmentismod-eledasamassdamperspring.ThedynamicmodelisutilizedtosimulatetheballoonlauncheddeceleratortestofVikingAV-1,andthesimulatedresultsarecomp

6、aredwithMoogR.D.’sresultsandtestdata,whichvalidatescorrectnessandvalidityofthemodel.KeywordsMarsprobe;parachutedeployment;linesail;dynamicmodelingandsimulating;massdamperspringmodel0引言降落伞的拉直过程是一个较为复杂的动力学问题，除了弹伞速度、弹伞姿态之外，降落伞在拉直过程中还会受到很多因素的影响，如风场、伞绳/伞衣从伞包中拉出时受到的摩

7、擦力、伞包攻角、伞绳弹性[1]模量、伞绳气动力系数、伞绳与伞包对称轴的夹角等。为了充分利用计算机仿真技术对火星探测器降[2]落伞拉直过程的动力学特性进行分析，特别是可能出现的“绳帆”现象，需要对拉直过程建立正确且收稿日期：2013-08-0330航天返回与遥感2014年第35卷有效的数学模型。本文建立了火星探测器降落伞拉直过程的三维动力学模型，并用“海盗号”第一次气[3]球发射试验（BalloonLaunchedDeceleratorTest,BLDTAV-1）结果对模型进行了验证。1物伞系统及降落伞拉直过程典型火星

8、探测器物伞系统的组成为大钝头圆锥形进入器和“盘缝带”降[4]落伞，如图1为“凤凰号”火星探测器物伞系统示意图，主要包括：伞包、[5]伞衣、伞绳、连接绳、旋转接头、吊带、进入器。为了对火星探测器降落伞的拉直过程进行数学建模以及开展后续的仿真工作，首先介绍一下火星探测器降落伞拉直的工作过程。开伞程序采用先拉伞绳法，弹伞筒将伞包以一定速度弹出，使其与