SpaceX公司完成天龙座飞船高空投放试验

2010年8月12日,美国空间探索技术(SpaceX)公司在美国范登堡空军基地北部成功进行了天龙座飞船的首次高空投放试验。本次试验旨在测试天龙座飞船降落伞展开系统和回收操作程序,是法尔肯9火箭/天龙座飞船即将进行商业轨道运输     

法尔肯-9火箭整流罩回收方案

正NASA在对SpaceX从墨西哥湾回收天龙座飞船提案的环境评估(EA)草案中详细介绍了SpaceX公司为实现法尔肯-9火箭整流罩的回收而做出的改进以及其应用的降落伞组件。主要内容如下:为实现法尔肯-9整流罩的回收,SpaceX为其中一瓣整流罩增加了降落伞系统,该降落伞系统由一个漏斗形减速伞和一个主翼伞组成。此外,添加了一个冷氮气体姿态控制系统,以使     

降落伞拉直过程的质量阻尼弹簧模型

该文采用有限段法建立了降落伞拉直过程的动力学模型。在模型中将伞绳和伞衣离散为若干个绳段，各绳段假设为质量集中在端点的阻尼弹簧，各绳段结点的运动由作用在相应绳段上的气动阻力及张力来决定。该模型可以预测降落伞拉直过程中的“绳帆”现象。利用该模型研究高空突风对降落伞拉直过程的影吻，仿真计算结果与试验值基本一致。     

降落伞ー旋转弹系统落速及转速数值模拟

降落伞一旋转弹系统具有复杂的动力学特性，为研究其下落速度与转速的变化过程，在准定常假设下，应用降落伞一旋转弹系统动力学及计算流体动力学对其进行数值模拟。计算中不考虑水平随机风对降落伞一旋转弹系统的影响，不计降落伞、伞绳及旋转弹流场的相互影响，对降落伞及旋转弹流场分别进行数值模拟，所得竖直方向速度及弹的转速随时间变化曲线与空投试验结果相符较好。该方法具有通用性，可应用于一般情况下降落伞一旋转弹系统设计分析及指导降落伞一旋转弹系统投放试验。     

雷伞系统5自由度动力学模型

空投鱼雷和火箭助飞鱼雷雷伞系统中,降落伞的作用力简化为作用在雷尾且与气流方向一致的力,而基于此建立起来的雷伞系统数学模型很难对雷伞系统的锥摆等做出准确的分析。为了解决这一问题,该文从空气动力学的基本原理出发,综合应用降落伞动力学、多体动力学的理论和分析方法,利用牛顿和Kirchhoff方程建立了雷伞系统稳定下降阶段的5自由度动力学模型,并进行了仿真分析,仿真结果表明,该系统具有较好的一致收敛和稳定性,本文方法为开展降落伞工程设计提供理论参考。     

低空伞弹外弹道动力学模型

在一定的假设的基础上 ,将飞行系统 (炸弹与降落伞组成 )看作为变质量的质点弹性系统 ,充分考虑了变质量、附加质量及其引起的作用力 ,给出了作用在伞衣上的横向气动工程计算方法 .借鉴现代控制理论的结构化模型方法 ,建立了低空伞弹自动坠落过程、拉直过程、充气过程及稳定下落过程的结构化模型 ,使计算机编程易于实现 .运用该模型通过空投试验数据验证 ,表明此弹道模型是有效的     

复杂条件下军用装备定点投放的建模与仿真

为了对军用装备的投放操作进行指导,以牛顿第二定律为基础,根据降落伞和装备组成的伞物系统在空气中的受力情况以及空气密度与温度、气压等因素的关系,建立了复杂条件下装备定点投放的微分方程模型。分析了在降落过程中的速度、迎角、降落时间、落地位置与飞机飞行高度、速度以及降落伞的关系,并借助MATLAB软件对微分方程模型进行离散化求解与仿真,最后运用蒙特卡罗法加入随机因素对落地点进行预测。该研究对实际训练和作战具有很好的参考价值。     

末制导伞弹子弹药外弹道动力学模型

在一定假设的基础上,将飞行系统（子弹药与降落伞组成）看作为变质量的质点弹性系统,充分考虑了变质量、附加质量及其引起的作用力,给出了作用在伞衣上的横向气动工程计算方法.借鉴现代控制理论的结构化模型方法, 建立了末制导伞弹子弹药自动坠落过程、拉直过程、充气过程及稳定下落过程的结构化模型, 使计算机编程易于实现.运用该模型通过空投试验数据验证, 表明此弹道模型是有效的.     

末敏弹刚柔耦合系统动力学模型及仿真

基于Kane方法建立了末敏弹附柔耦合系统动力学模型并进行了仿真计算。模型将降落伞处理为柔性体,并用模态展开法表达降落伞的弹性位移,用混合坐标来秦达降落伞的位置,进行末敏弹系统的运动学分析。选取与末敏弹系统姿态相关的.10个广义坐标,引入偏速度,分别推导相应的广义惯性力、广义主动カ和广义内力。根据Kane方法的多柔体动力学理论,建立了10自由度的末敏弹系统刚柔两体动力学方程。利用该模型,用MATLAB进行编程计算,得到了某型末敏弹系统稳态扫描段的弹道结果,为末敏弹系统的总体设计提供参考。     

雷伞系统入水参数影响因素研究

针对以往对雷伞系统入水参数分析时,只考虑了投雷速度、投雷姿态角以及风速,存在对影响因素考虑不全、不深入等不足的情况,该文建立了雷伞系统三维空间弹道数学模型,对鱼雷的空中弹道进行了仿真计算,并根据仿真结果分析了投雷高度及速度、姿态角、降落伞设计参数以及气象风等对雷伞系统入水参数及弹道稳定性的影响,并得出了有意义的结论,可为空投试验及射表编制提供技术支持。     

末敏弹减速伞充气运动建模与仿真

针对降落伞具有非线性柔性变形的特点，应用了有限元技术来建立末敏弹减速伞充气运动模型。首先将减速伞三维模型离散成粒子系统。在考虑伞衣结构内力和内部气流运动基础上，建立充气运动的粒子节点动力学模型，其模型仿真计算结果与风洞实验的伞形运动变化、投影直径变化和动载变化规律基本一致。该理论研究非常适合在新型末敏弹减速伞的初步设计中应用。     

涡环旋转伞充气过程及气动特性分析

为了探索灵巧子弹药的减速导旋伞——涡环旋转伞的充气性能和气动特性,利用任意拉格拉日-欧拉流-固耦合方法,模拟一种典型涡环旋转伞在无限质量和低速气流条件下的充气过程,得到伞衣动态变化过程、转速和投影直径时程变化曲线及充满后稳态下的流场变化特性。将充满伞衣幅的有限元模型转化为气动特性仿真模型,利用计算流体力学方法得到涡环旋转伞在低速气流作用下的气动力参数及流场流线、压力分布等特性。将两种方法得到的结果进行对比分析,结果表明：涡环旋转伞在来流12 m/s时能顺利充气展开并实现旋转,伞衣幅充满外形饱满,稳定转速约为3.3 r/s;阻力系数为1.36,大于一般结构轴对称降落伞;导旋力矩系数为0.87;流场分布具有中心对称性。     

伞降回收系统建模仿真与回收策略

为了安全精确地回收无人机,设计一种用于伞降回收系统的定点控制系统。把回收阶段划分为进入回收窗口、无动力飞行段、开伞减速段和稳降段4个阶段,通过对系统进行合理假设,建立回收系统的动力学和运动学方程,并进行仿真研究,最终确定回收策略。飞行试验结果表明,该系统能满足系统回收精度的要求。     

伞-弹系统九自由度动力学模型

子弹一降落伞系统具有非常复杂的动力学特性,综合应用降落伞动力学、多体动力学的理论和分析方法,建立了伞一弹系统稳定下降阶段的九自由度动力学模型,并利用试验数据对模型的有效性进行了验证分析。在此基础之上分析了阵风作用下子弹姿态运动特性及扫描点运动规律。研究成果可应用于一般伞一弹系统的设计分析、指导伞一弹空投试验。     

潜伏式武器水下减速着陆运动仿真

为了研究潜伏式武器采用减速伞结合舱段分离的方法实现水下安全着陆的可行性,建立了该武器使用减速伞减速及舱段分离着陆时的相关运动过程的数学模型,采用数值计算方法对该运动过程进行了仿真分析,得到了武器减速直至着陆过程中武器及其舱段运动的仿真结果,并对减速伞不同的开启角度对整个着陆运动过程的影响进行了分析。仿真结果表明:通过选择合适的减速伞开启角度、开启深度、舱段分离深度以及钢缆长度参数组合,基本可以实现武器的安全着陆。     

重型装备空投视景仿真系统的设计与实现

针对军用运输机空投任务,基于重装空投过程的动力学分析,运用分离法将飞机与重装作为两个独立的实体、降落伞与重装视为一个整体,构建了在无控条件下机－物与伞－物两部分的动力学模型,结合视景仿真技术,使用 Unity 3D为开发引擎研制了一套包含飞机飞行动力学模型、重装出舱动力学模型、降落伞空投动力学模型及其关键数据实时显示、记录与打印的可视化虚拟环境,以计算数据驱动三维模型完成整个空投过程的关键动作,弥补了数值仿真系统不直观的缺点,增加了视景仿真系统的近真实性。结果表明：该视景仿真系统可以近似真实地还原空投过程、准确完成空投动作,为重型装备空投的分析与评估提供了参考。     

基于ADAMS的内装式空射运载火箭分离过程动力学分析

为初步论证内装式空中发射运载火箭总体方案,利用动力学仿真软件ADAMS和实体建模软件Solidworks联合建立了载机、运载火箭、稳定伞等样机的实体模型;对分离过程中三者的受力情况进行了详细分析,并建立了动力学仿真所需要的动力学方程;对样机进行动力学仿真,验证样机建立正确合理,从而为空气动力仿真提供了一种新的方法。     

基于大型翼伞可控回收的箭体结构与分离方案设计

对于高密度发射的运载火箭,迫切需要采取对火箭改动最小,风险和装备成本最小的控制措施,显著减小火箭落区面积,规避重要基础设施,减小对落区社会生活的影响。以某运载火箭助推器为例,在考虑现有火箭的运载能力、载荷与力学环境、结构气动外形及内部空间的基础上,提出了一种基于大型翼伞可控回收的箭体结构与分离方案设计构思,主要包括大型翼伞分离方案设计、助推器头锥结构改进设计及助推器头锥内伞系统结构集成化设计等。该技术的开展有效减少了箭体结构分离过程的分离能源,简化了结构方案,降低了结构质量,为长征系列运载火箭可控回收工作奠定了基础。     

Perturbation Dynamics and Its Application for Parachute-Munition System

The nine-degree-freedom dynamic model of the parachute-munition system is developed by the theories and the analysis methods of parachute dynamics and multibody dynamics. On the basis of the above model, a linear five-degree-offreedom dynamic model is developed by linearization at the steady state. A new algorithm, which can be fused with submunition kinematics and used in target identification, is developed by the principle of parachute dynamics. The simulation program is developed and used to remove the influence of wind gust on hitting accuracy. The successful airdrop test demonstrates that the new method can be used in the guidance of smart munition.