降落伞拉直过程的三维仿真分析

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1、第3l卷第1期航天返回与遥感2010年2月SPACECRAFT0VERY&)rIESENSG降落伞拉直过程的三维仿真分析史献林余莉袁文明刘卫华(南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016)摘要针对某载人飞船降落伞回收系统的主伞拉直过程，基于多体系统动力学理论，建立了由一系列刚体和质点通过弹性约束组成的三维多体动力学模型。首先，在空投试验条件下，验证了该模型的正确性和仿真结果的有效性；其次，模拟了不同风速不同风向条件下的拉直过程，指出侧向风影响最强，并分析了此规律的动力学机理。对载人飞船降落伞系统拉直过程的仿真研

2、究有助于提高对降落伞拉直过程机理的理解。关键词降落伞拉直过程多体系统动力学三维中图分类号：V445．23文献标识码：A文章编号：1009—8518(2o10)0l一001l一073DSimulationAnalysisofDeploymentProcessonParachuteShiXianlinYuLiYuanWenmingLiuWeihua(ColegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing2100

3、16，China)AbstractBasedonthemulti—bodysystemdynamictheory，the3Dmulti—bodysystemdynamicmodelofparachutedeploymentprocessformannedspacecraft，whichcomposedofseriousrigidbodiesandmasspointsbyelasticityrestriction，Wasdeveloped．Firstly，eomparisollsbetweenmodelingresu

4、ltsandairdroptestdatashowedthatthedevelopedmodelwasaeourateandefective．Secondly，thedeploymentprocessunderdiferentconditionsofwinddirectionandve—locitieshadbeensimulated，andindicatedtherulethattheside—windWasthestrongestinfluencingfactors．AtthesaiTletime，thedyn

5、amicsmechanismofthisrulehadbeenanalyzed．TheresearchworkonparachutedeploymentformannedspacecraftWasvaluabletounderstandthemechanismofparachutedeploymentprocess．KeywordsParachuteDeploymentprocessMuti—bodysystemdynamicsThreedimension引言降落伞拉直过程是降落伞开伞过程的一个重要阶段，早期拉直过

6、程动力学模型，都是假设伞系统和气流方向一致，处于理想的直线状态。但降落伞在拉直过程中，由于高空风或回收物的摆动等多种因素的影响，降落伞的拉直方向几乎不可能与气流速度方向一致，从而导致伞绳拉出部分出现“弯曲”现象，即“绳帆”现象。从上世纪70年代开始，国外陆续开展了一系列旨在消除“绳帆”现象的实验和理论分析的研究工作：Moog建立了简单的弹性质点模型对“绳帆”进行了一定程度的模拟_1；wDⅡ基于变质量动量方程，建立了连续拉出模型计算拉出时伞绳张力L2；Purvis在1983年首次提出了多质点阻尼弹簧模型，成功再现了“

7、绳帆”现象3。上世纪90年代后，国外对拉直过程的研究逐渐减少。国内对“绳帆”现象的研究开始较晚，2003年，张青斌等提出了多刚体模型，对拉直过程中的有关现象进行了较全面的分析L4J。收稿日期：2009—06—05基金项目：国家自然科学基金(10377006，10872092)，航空科学联合基金(20o8zC52039)资助项目。l2航天返回与遥感2010年第3l卷国内外研究人员成功地模拟了二维平面上的拉直过程，通过增加引导伞面积，有效抑制了“绳帆”现减主象l3_。然而，随着我国载人飞船降落伞回收系统的不断发展，一些

8、需要进一步深入研究的现象，如伞绳(伞速伞衣)与主伞包摩擦，主伞伞衣局部破损等，已有的二维模型已经不能胜任，迫切要求建立伞三维包的动力学仿真模型，分析这些现象的空问动力学特性。一一本文经过充分调研收集数据，在二维模型的基础上，建立了三维多体系统动力学模型，仿真分析了不同高空风场条件下的拉直过程，指出侧风时，拉直时间最短、拉直力最大，对拉直过程的性能影响最显著。