[发明专利]一种三维曲面的折叠方法

说明书

本发明提供了一种三维曲面的折叠方法，为解决三维不可展平曲面的折叠建模的问题。包括：获取三维曲面，将三维曲面沿径向进行n₁等分切割，得到n₁个一级子曲面；对n₁个一级子曲面的母线沿径向n₂等分切割，得到n₁*n₂个二级子曲面；将一级子曲面与二级子曲面依照一一对应的映射关系相互连接，得到三维曲面的展平面和n₁个一级子曲面展平面；对n₁个一级子曲面的展平面沿中心线向曲心方向折叠并首尾相连，得到完全相同的平面；获取完全相同平面其中一个B₁，利用三维成型技术对B₁进行多次折叠，得到三维曲面的折叠外形。可应用于充气式再入返回器及其它柔性三维曲面的折叠建模。

技术领域

本发明涉及三维曲面的折叠方法，尤其是涉及柔性织物三维曲面折叠建模方法。

背景技术

目前，随着深空探测技术的发展，传统的第一代刚性再入返回舱由于质量大、有效载荷小等诸多限制已经无法满足探测的需要，第二代柔性充气式再入返回器作为一种新技术应运而生。充气式返回器具有质量轻、收拢体积小等优点，而且其展开气动外形在再入过程中可提供满足工作要求的阻力，表面的柔性防热材料还能承受较高的温度环境，在低动压超音速环境下具有很好的减速性能，受到国际航天界的高度关注。充气式返回器一般由柔性织物构成，外形由一系列由绑带连接的柔性充气圆环管支撑。火箭发射时收拢折叠包装在分离回收舱，当回收舱返回进入大气层后，折叠织物充气展开，体积可以增加100倍以上。压缩密度很大的折叠织物能否在超音速低动压环境下顺利展开是充气式返回器能否顺利工作的关键。由于地面模拟试验很难模拟航天再入减速环境，火箭发射存在成本过大等问题，数值模拟研究是揭示展开过程工作机制、规避工作风险的重要技术手段。

要对展开过程进行分析，首先必须建立尽量真实的柔性织物折叠模型。目前，织物折叠建模的方法主要有直接折叠法、初始矩阵式方法和逆向力压缩折叠方法。

充气式返回器内的三维圆环面不能与平面在局部上建立保长对应，是典型的不可展平三维曲面。直接折叠法和初始矩阵式方法简单、方便，但只适合于可展平的柔性织物折叠建模。逆向力折叠方法可用于三维曲面织物折叠建模，但由于折叠织物无法展平，逆向力压缩折叠会出现非常多的褶皱，织物网格间接触穿插比较严重，无法保证较好的体积压缩率，对计算效率和计算准确性有一定的影响。且逆向力折叠方法一般只能实现一个方向的压缩折叠，对于径向收拢情况很难实现。充气式返回器内的三维圆环面不能与平面在局部上建立保长对应，是典型的不可展平三维曲面。如何建立其折叠模型，是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维曲面的折叠方法，通过无限分割和三维曲面造型技术以解决现有技术中存在的不可展平三维曲面有序折叠建模的技术问题，进而实现折叠模型的充气过程数值计算。

本发明提供一种三维曲面的折叠方法，包括：

获取三维曲面，将所述三维曲面沿径向进行n₁等分切割，得到n₁个一级子曲面；

对所述n₁个一级子曲面的母线沿径向n₂等分切割，得到n₁*n₂个二级子曲面；

将所述一级子曲面与所述二级子曲面依照一一对应的映射关系相互连接，得到所述三维曲面的展平面和n₁个一级子曲面展平面；

对所述n₁个一级子曲面的展平面沿中心线向曲心方向折叠并首尾相连，得到完全相同的平面；

获取所述完全相同平面其中一个B₁，利用三维成型技术对所述B₁进行多次折叠，得到所述三维曲面的折叠外形。