《非軸對稱旋轉降落傘系統耦合動態回響研究》是依託南京理工大學，由郭銳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：非軸對稱旋轉降落傘系統耦合動態回響研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郭銳
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
降落傘系統是一種柔性軟質氣動力減速裝置，在航天、航空和兵器領域已得到廣泛套用，相關動力學問題已成為國內外工程界和學術界研究的熱點和難點。現有研究主要以軸對稱平面減速傘為研究對象，對非軸對稱旋轉傘系統的減速導旋耦合運動機理還缺乏較系統的研究，非軸對稱旋轉降落傘系統的運動穩定性及其控制已成為其套用和發展的瓶頸。.本課題採取理論建模、數值模擬和試驗相結合的方法，主要研究非軸對稱旋轉降落傘系統在複雜邊界條件下的耦合動態回響特性。考慮柔性傘快速大變形的非線性時變特性，建立剛柔耦合多柔體系統動力學模型及運動穩定性模型，基於CFD和CSM松耦合方法對其運動過程進行流固耦合數值模擬，並進行傘塔試驗和風洞試驗，系統地分析旋轉傘系統的動不穩定性現象，著重探討不同條件下系統的耦合動態回響特性，揭示旋轉傘系統與空氣流場的耦合作用機理，進而為其運動穩定控制提供一定的理論參考依據，同時對其推廣套用和發展也有重要意義。
結題摘要
採用理論建模、數值模擬和試驗相結合的方法，對非軸對稱旋轉降落傘系統的充氣過程、氣動特性以及非軸對稱旋轉降落傘-子彈系統的彈道特性和運動穩定性進行了系統地研究，為非軸對稱旋轉降落傘的結構最佳化設計和推廣套用提供了理論依據和技術支持。 （1）以一種典型非軸對稱旋轉降落傘-子彈系統為研究對象，基於第一類拉格朗日方程和多體系統動力學理論，充分考慮傘系統的非軸對稱性，建立了其運動過程的耦合多體系統動力學模型。將傘繩處理為阻尼彈簧，傘、彈等為剛體，用質心坐標和歐拉角作為廣義坐標表達各剛體的位置，給出系統約束方程和廣義力，建立了5剛體動力學方程，得到了系統的動力學回響特性。 （2）基於剛體運動規律和經典彈道方程，分別建立了單剛體和多剛體角運動穩定性模型。給出了旋轉傘系統的復偏角方程和復擺動方程，獲得了其在小擾動條件下的角運動規律。建立了角運動擾動方程，得到了系統運動穩定性判據，並分析了氣動係數、傘結構及載物質量等對運動穩定性的影響。 （3）以一種渦環旋轉傘為研究對象，基於任意拉格朗日-歐拉（ALE）流固耦合方法，建立了可用於非軸對旋轉降落傘系統運動過程中流固耦合問題的數值仿真方法。充分考慮了傘衣的透氣性，建立了渦環傘系統和流場的有限元模型，在無限質量條件下對其充氣展開過程進行了數值模擬，研究了渦環傘系統在不同結構參數及不同流場環境條件下的動態回響，得到了渦環旋轉傘系統充氣性能的影響規律及周圍流場的衍變規律。同時，對其他常見的幾種旋轉降落傘的充氣過程進行了仿真模擬和對比分析。 （4）為了解非軸對稱旋轉降落傘系統的充氣可靠性、阻力特徵和運動穩定性等特性，以渦環旋轉傘為研究對象，設計了不同結構參數的試驗模型，進行了傘塔投放試驗和汽車拖曳實驗。利用高速錄像記錄模型下落過程，姿態存儲測量裝置記錄模型加速度變化和地磁變化，對數據進行處理得到了落速、轉速變化及飛行時間，分析了不同傘衣幅結構及傘繩連線方式對其減速導旋性能的影響規律。利用圖像處理技術提取彈道數據點，結合彈道模型，用最小二乘法擬合時間彈道數據，得到了極限速度和傘系統氣動力參數。 此外，在已有研究方法和結果的基礎上，進一步分析了本課題的學術亮點和制約本技術的關鍵技術，開展了有傘末敏彈系統全彈道運動仿真軟體、全彈道紅外輻射特性、新型減速傘-旋轉傘組合高轉速降落傘系統等研究。
