带牵顶伞的大面积环帆伞充气性能分析
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１ 引 言
随着航 天技术 的发展 ， 载人 飞船 技 出更 高 的要求 。
程 中牵顶 伞对 主伞充 气形状 等 的影 响 ， 出牵顶伞 的充 气性能 ， 得 以便 后续 的工程 应用 。
２ 降落 伞 充气 过程 的数 值 模 拟
降落伞的充气过程是一个复杂的非线性、 时变过程 ， 涉及到流体力学和结构力学 中几个复杂的现象 ， 包 括透气性、 非流线型物体的气体动力学 、 大变形柔性结构的动力学问题 、 气动弹性力学、 一 物 伞系统快速减 速 引起 的时变 流动现 象等 ， 理论 分析 十 分 困难 ［】 气 过 程 决定 于伞 衣 底边 区域 的伞衣 幅形 状 、 衣 品质 ３。充 伞
第 ３ 卷第 ４期 １
２ １ 年 ８月 ００
航 天返 回与遥感
Ｓ ＰＡＣ ＥＣＲ ＡＦＴ ＲＥＣ ＯＶＥｆ ＆ ＲＥＭ饥 Ｅ ＥＮＳ Ｇ Ｓ ２ｌ
带牵顶伞的大面积环帆伞充气性能分析
尚小娟
（ 南京航空航天大学
童 明波
张红英
航空宇航学院 ， 南京 ２０ １） １０ ６
摘
收稿 日期 ：００— ５— ４ ２ １ ０ ２
２ ２
航 天 返 回 与 遥 感
２ １ 年第 ３ 卷 ００ １
以及伞 衣 的透气性 参数 。
降落伞模型的简化假设 ：） １ 整个主充气过程 中伞绳部分具有零弯 曲刚度 ， 即不发生“ 帆” 绳 现象 ；） ２ 伞 的质量集 中于伞衣底边 中心 ， 伞衣充气过程中， 伞的质心相对底边 的位置保持不变 ；）由于是轴对称伞 ， ３ 在 对 伞衣质 点进行 相应处 理后 ， 可在伞 衣对 称面 内进 行二 维 流场 计 算 ；）假设 伞 绳 、 强带 和伞 衣 是 弹性 体 ， ４ 加 符 合虎克 定律 。
文章 编号 ：０ ９ ５８ Ｚ １ ｝４ ０ １ ０ １０ —８ １ （０ ０ ０ —０２ — ６ 中图分类 号 ： ５５ Ｖ ２ 文献标 识码 ： Ａ
Ｐ ｒｏｍａ ｃ ｎ ｌｓ ｏ ｎ ａｉｎｏ ａｇ 删 ｅｆｒ ｎ ｅＡ ａｙｉ ｆｒＩｆ ｔ ｆＬ ｒｅ ｓ ｌ ｏ
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在航天回收中， 环帆伞 因具有许多优点而被广泛应用。但是由于载人飞船 回收系统采用的降落伞面积 大， 开伞程序复杂 ， 容易受到伞衣尾流、 高空突风等干扰气流的影响ｎ 。因此 ， ］ 在高速开伞过程 中， 伞衣之 间 容易 出现 了摩擦 抽 打 ， 致使 伞衣 出现局 部强 度损失 ， 在后 续 的充 气 过程 中进 一 步遭 到破 坏 ， 伞衣 的局部 破 而 损对载人航天回收构成严重 的安全威胁 ， 因此必须采取控制主伞开伞状态的措施 ， 本文着重研究 ， 在主伞顶 部增加一 具牵顶 伞 ， 以控制 主伞开 伞 状态 ， 低 主伞 开伞 动 载 ， 止伞 衣 之 间 的摩 擦 抽 打ｌ ， 分 析充 气 过 降 防 ２并 』
充气 过程 的简化假 设 ：）对称 充气 ；）假定 伞衣 已全 长拉 直 并开 始进 入 充 气 阶段 ；）开 伞过 程 中伞 顶 １ ２ ３ 始终保持球冠形状；） ４ 考虑伞衣透气量和伞顶孔 的影响。
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔｅ ｍｅ ｏ ｆｆｕｄ ｓｒ ｃｕ ｅ ｃ ｕ ｌｎ ， ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａｉｎ ｈ ｓ ｂ ｅ ａｒｅ ｕ ｎ ｔ ｅ ｉｆａ ｓｒｃ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｄ ｏ ｉ— ｔ ｔ ｒ ｏ ｐ ｉ ｇ ｎ ｍｅｉａ ｉ ｌ ｔ ａ ｅ ｎ ｃ ｒ ｄ ｏ ｔｉ ｎ － ｈ ｌ ｕ ｏ ｉ ｈ ｌ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓｆｒｎ ｎ ｐ ｒ ｃ ｕｅ ｗｉ ｎ ａ ｅ ｒ ｇ ｅ， ｎ ｅ ｃ ｎ ｐ ｅｏｍａｉｎ ｄ ｒｎ ｎ ｌｔ ｎ ｃ ｎ ｂ ｂａｎ ， ｉｈ ｉ ｒｃ ｓ ｏ ｍｉ ａａ ｈ ｔ ｔ ａ ｐ ｘ ｇ ｏ ｕ ａ ｄ ｔ ａ ｏ ｙ ｄ ｆｒ ｔ ｕ ｉ ｇ ｉｆａｉ ａ ｅ ｏ ｔｉｅ ｗｈｃ ｏ ｈ ｈ ｏ ｏ ｄ Ｗａ ｏ ａｅ ｔ ｅａ ｔａ ｉ ａｉｎ．Ｄｒｇｃ ｅｆ ｉｎ ｆｖ ｒａｉｎ ｆｒａ ｅ ｒｇ ｅ ｉ ａｙｅ ｎ ｄ ｄａ ｏ ｆ ｃｅ ｔｆｒ ｓ ｃ ｍｐ ｒｄ ｗ ｈ ｔ ｃｕ ｌｓｔ ｔ ｉ ｈ ｕ ｏ ａ ｏ ｆ ｃｅ ｔｏ ａ ｉｔｏ ｐ ｘ ｇｏ ｕ ｓａ ｌｚ ｄ，ａ ｒｇ ｃ ｅｆ ｉｎ － ｉ ｏ ｎ ｉ ｏ ｍｕａ ｅ ｔｍａｅ ｏ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔｄ． ｌ ｓｉ ｔｄ ｆｒｅ ｇｎ ｅｉ ｇ ｉ ｒｓ ｎ ｅ
要
采 用流 固耦 合 的计 算方 法对 带牵顶伞 的主 伞 的充 气过 程进 行 了数值 模 拟 ， 得到 了主伞 伞 衣 充
气过程 外形 变化情 况 ， 并与试 验 结果进行 了对 比 ； 对牵顸 伞 阻 力 系数 的 变化进 行 了分析 ， 出了适合 工程估 给 算 的牵顶伞 阻 力 系数公 式 。 关 键词 环帆伞 牵顶伞 流 固耦合 充 气
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随着航 天技术 的发展 ， 载人 飞船 技 出更 高 的要求 。
程 中牵顶 伞对 主伞充 气形状 等 的影 响 ， 出牵顶伞 的充 气性能 ， 得 以便 后续 的工程 应用 。
２ 降落 伞 充气 过程 的数 值 模 拟
降落伞的充气过程是一个复杂的非线性、 时变过程 ， 涉及到流体力学和结构力学 中几个复杂的现象 ， 包 括透气性、 非流线型物体的气体动力学 、 大变形柔性结构的动力学问题 、 气动弹性力学、 一 物 伞系统快速减 速 引起 的时变 流动现 象等 ， 理论 分析 十 分 困难 ［】 气 过 程 决定 于伞 衣 底边 区域 的伞衣 幅形 状 、 衣 品质 ３。充 伞
第 ３ 卷第 ４期 １
２ １ 年 ８月 ００
航 天返 回与遥感
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带牵顶伞的大面积环帆伞充气性能分析
尚小娟
（ 南京航空航天大学
童 明波
张红英
航空宇航学院 ， 南京 ２０ １） １０ ６
摘
收稿 日期 ：００— ５— ４ ２ １ ０ ２
２ ２
航 天 返 回 与 遥 感
２ １ 年第 ３ 卷 ００ １
以及伞 衣 的透气性 参数 。
降落伞模型的简化假设 ：） １ 整个主充气过程 中伞绳部分具有零弯 曲刚度 ， 即不发生“ 帆” 绳 现象 ；） ２ 伞 的质量集 中于伞衣底边 中心 ， 伞衣充气过程中， 伞的质心相对底边 的位置保持不变 ；）由于是轴对称伞 ， ３ 在 对 伞衣质 点进行 相应处 理后 ， 可在伞 衣对 称面 内进 行二 维 流场 计 算 ；）假设 伞 绳 、 强带 和伞 衣 是 弹性 体 ， ４ 加 符 合虎克 定律 。
文章 编号 ：０ ９ ５８ Ｚ １ ｝４ ０ １ ０ １０ —８ １ （０ ０ ０ —０２ — ６ 中图分类 号 ： ５５ Ｖ ２ 文献标 识码 ： Ａ
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在航天回收中， 环帆伞 因具有许多优点而被广泛应用。但是由于载人飞船 回收系统采用的降落伞面积 大， 开伞程序复杂 ， 容易受到伞衣尾流、 高空突风等干扰气流的影响ｎ 。因此 ， ］ 在高速开伞过程 中， 伞衣之 间 容易 出现 了摩擦 抽 打 ， 致使 伞衣 出现局 部强 度损失 ， 在后 续 的充 气 过程 中进 一 步遭 到破 坏 ， 伞衣 的局部 破 而 损对载人航天回收构成严重 的安全威胁 ， 因此必须采取控制主伞开伞状态的措施 ， 本文着重研究 ， 在主伞顶 部增加一 具牵顶 伞 ， 以控制 主伞开 伞 状态 ， 低 主伞 开伞 动 载 ， 止伞 衣 之 间 的摩 擦 抽 打ｌ ， 分 析充 气 过 降 防 ２并 』
充气 过程 的简化假 设 ：）对称 充气 ；）假定 伞衣 已全 长拉 直 并开 始进 入 充 气 阶段 ；）开 伞过 程 中伞 顶 １ ２ ３ 始终保持球冠形状；） ４ 考虑伞衣透气量和伞顶孔 的影响。
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