翼伞-载荷系统多体动力学仿真分析

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1、第48卷第4期2016年8月南京JournalofNaDOI：10．16356／j．1005—2615．2016．04．005空nlV航erslty天大学ofAeronautics学报&Astronautics翼伞一载荷系统多体动力学仿真分析蒋万松荣伟滕海山刘涛李春(北京空间机电研究所，北京，100094)V01．48No．4Aug．2016摘要：翼伞具有良好的滑翔性、操纵性和稳定性，广泛应用于航天器精确着陆和定点回收。为进行归航控制算法设计，需对翼伞系统动力学特性进行深入研究。以一般翼伞一载荷系统为研究对象，采用拉格朗日乘子法建立了两

2、体8自由度动力学仿真模型，对3个飞行工况进行了仿真分析，结果与相应的空投试验数据基本吻合，验证了仿真模型的有效性。关键词：翼伞；多体动力学；拉格朗日乘子法；附加质量中图分类号：V275文献标识码：A文章编号：1005—2615(2016)04—0474—07MultibodyDynamicalSimulationAnalysisforParafoil—PayloadSystemJiangWansong，RongWei，TengHaishan，LiuTao，LiChun(BeijingInstituteofSpaceMechanicsan

3、dElectricity，Beijing，100094，China)Abstract：Theparafoilsystemiswidelyusedinspacecraftrecoveryandprecisionairdropbecauseofitsexcellentglidingcapability，controllabilityandstability．Thedynamicsofcontrollableparafoilsystemhasbeenahotspotissueinordertodesignthecontrolalgorithm

4、．Inthispaper，adynamicalmodelwitheight—degree—of-freedomforparafoilsystemisestablishedbasedonLagrangemultipliermethod．Basedonthismodel，themotionofparafoilsysteminairdropconditioniSsimulated．Theefficiencyandaccuracyofthismodelareverifiedbycomparingcalculationresultswiththe

5、airdroptestdata．Keywords：parafoil；muhibodydynamics；Lagrangemultipliermethod；apparentmass符号说明符号物理意义符号物理意义符号物理意义b翼伞展长T动能Q拉格朗日方程广义力c翼伞弦长V速度R余项e翼伞百分比厚度V。自由来流速度S坐标变换矩阵／选择矩阵，。连接约束方程y气动侧力’，速度向量i实数序列e：基向量A拉格朗日乘子l吊带长度q惯性系广义位移向量a攻角／参数h翼伞比高度a惯性系广义速度向量口侧滑角／参数g动压面惯性系广义加速度向量y翼伞展弦比t仿真时

6、间i本体系广义位移向量占翼伞操纵量A：翼伞连接点；本体系广义速度向量0俯仰角收稿日期：2016-05—15；修订日期：201607—10通信作者：荣伟，男，研究员，博士生导师，E—mail：rongweilxl@163．com。引用格式：蒋万松，荣伟，滕海山，等．翼伞一载荷系统多体动力学仿真分析[J]．南京航空航天大学学报，2016，48(4)：474—480．JiangWansong，RongWei，TengHaishan，eta1．Multibodydynamicalsimulationanalysisforparafoil—pay

7、loadsystem[-．]]．,journalofNanjingUniversityofAeronautics＆Astronautics，2016，48(4)：474—480．U航岖．q第4期蒋万松，等：翼伞一载荷系统多体动力学仿真分析475(续表)符号物理意义符号物理意义符号物理意义B。载荷平台连接点i本体系广义加速度向量0，翼伞安装角c气动力系数／参考点r向量p大气密度C“气动力系数对变量“导数H向量p吊带约束向量C。变量为0气动力系数v广义速度向量O姿态角数组D气动阻力z载荷位置向量∞姿态角速度向量H海拔高度B雅可比矩阵△a航向

8、角偏差L翼伞左侧后缘／气动升力F外力△≠航向与风向角度差M气动俯仰力矩H惯量交叉矩阵()“向量的反对称阵N气动偏航力矩J物体主轴惯量()’矩阵的转置R绳长／右侧／滚转力矩／距离L气动力矩()。翼伞S翼伞参考