降落伞开伞过程的数值模拟和试验研究

admin · 发表于 2022-9-3 13:41:42

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降落伞是一种重要的气动减速装置，在空降空投、弹射救生、炸弹减速和飞行器回收等领域都有广泛应用。由于降落伞是一个柔软透气物，其工作过程涉及不同领域的三类非线性方程：空气动力学、结构力学和飞行力学，针对这样一个复杂气动弹性体的研究是非常困难的。多年以来，降落伞的研究一直依赖于一个半理论半经验的方法，试验研究依旧是降落伞的主要研究手段。开展降落伞建模和模拟技术研究对于优化系统设计、缩短研制周期、减少大型试验的次数都有重要意义。本文的研究工作在国内尚属起步阶段，具体来说本文研究工作包括以下三个方面：首先，本文对降落伞的发展历程进行了总结，阐述了降落伞技术发展现状。研究了降落伞系统工作开伞过程时的各种动力学模型建模工程算法，分别采用不同途径建立物理模型分析和计算降落伞开伞过程中的展开外形和各种参数的变化；其次，通过典型开伞过程的试验研究，以伞衣负荷比值为标准选择两类伞型，在典型的“有限”和“无限”质量条件下进行风洞和空投试验开伞过程的研究。探讨了开伞过程中伞衣形状变化与伞衣承受开伞动载之间的关系及其影响因素，比较了两种状态下不同试验手段研究的差别，指出风洞试验局限于“无限”质量条件下降落伞开伞过程的试验研究。同时，分析了降落伞开伞动载工程算法与试验研究结果的差异，指出只能依靠降落伞仿真，才能数值模拟“有限” 质量条件下降落伞开伞动载曲线变化规律。另外，在国内首次尝试用PIV技术对几种典型伞衣的尾流绕流场进行了全面的测量，获得了几种典型伞衣形状稳态下的绕流场变化情况。在此基础上，又开展了降落伞开伞过程数值模拟研究，针对下降时无气流攻角并开有大尺寸顶孔的平面圆形伞，在做适当假设和简化前提下，从结构、流场及耦合三个方面探讨降落伞充气过程的数值模拟，阐释了一种降落伞充气过程的数值模拟方法。本文的研究成果为进一步深化研究降落伞的试验和数值模拟技术，提高降落伞的仿真水平，提供了技术途径和必备的应用研究理论支撑。

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