[发明专利]一种群伞系统设计参数选取方法

说明书

一种群伞系统设计参数选取方法，在单一降落伞空投试验中，根据减速伞强度空投试验中的高度、速度随时间变化曲线，对减速伞和主伞各级开伞的阻力面积进行弹道重构拟合，得出单具减速伞和单具主伞工作时各级收口阻力面积作为初始参数值。在群伞的弹道重构拟合中，引入群伞效率因子参数，以群伞的空投试验数据作为优化目标，群伞的效率因子为目标参数，对各级开伞的群伞效率因子进行弹道重构拟合，将拟合结果与优化目标通过一定的判据判断群伞效率因子的拟合最优值，即得到各级开伞的群伞效率因子，由此得到群伞系统中每一阶段单一降落伞的阻力面积。本发明方法基于真实使用环境下的空投试验数据，可以定量描述群伞阻力损失情况，指导群伞系统的设计。

技术领域

本发明属于航天器返回减速着陆设计领域，涉及一种航天器返回用群伞系统的设计参数选取方法，适用于大载重回收着陆系统的群伞设计。

背景技术

随着载人航天技术的进一步发展，我国已突破并掌握了载人空间交会对接技术，开始向自主建设空间站的时代进发。与此同时，美俄等国均在加紧研制功能和性能更强的新一代载人飞船，瞄准空间站服务、载人深空探测、深空居住等多个领域，预计未来几年将具备载人飞行能力。为此，我国也要发展新一代载人飞船。

新一代载人飞船载荷质量大，传统的单一降落伞伞降技术已经不能满足新一代载人飞船的减速需求，因此新一代载人飞船的回收分系统采用群伞系统的伞降技术进行减速。

阻力面积是降落伞系统最重要的技术指标，在群伞系统中，群伞会发生阻力损失的现象，群伞的阻力面积并不是所用的所有降落伞阻力面积的叠加，在群伞的研究设计中，需要定量的描述阻力损失。如何确定群伞阻力面积与构成群伞的单一降落伞阻力面积之间的关系，是群伞设计所面临的关键问题。

南京航空航天大学连亮等人在《基于ALE方法的群伞稳降阶段的数值模拟》一文中，采用数值仿真的方法计算了稳降阶段的群伞阻力损失情况，该种数值计算方法基于流场的种种理想假设，与真实使用环境有所差距且计算结果没有得到验证，计算结果仅局限于稳降阶段的阻力损失描述，无法适用于新飞船全过程的群伞设计。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种航天器返回减速着陆群伞系统设计参数选取方法，基于真实使用环境下的空投试验数据，可以定量描述全过程各阶段工作状态的群伞阻力损失情况，用于指导群伞系统的设计。

本发明的技术解决方案是：一种群伞系统设计参数选取方法，包括如下步骤：

(1)选取一顶环帆伞作为主伞，选取一顶带条伞作为减速伞，构建单一降落伞系统；

(2)利用所述单一降落伞系统进行单一降落伞空投试验中，根据单一降落伞空投试验中的高度、速度随时间变化曲线，对减速伞和主伞各级开伞的阻力面积进行弹道重构拟合，得出单具减速伞和单具主伞工作时各级收口阻力面积，记为JA_0i,i＝1,2…N_J，ZA_0j,j＝1,2…N_Z，N_J、N_Z分别为减速伞与主伞的收口级数；

(3)选取P1顶环帆伞作为主伞，选取P2顶带条伞作为减速伞，构建群伞系统，所述的P1，P2为大于1的正整数；

(4)利用所述群伞系统进行群伞空投试验，获得群伞空投试验测量的速度随时间的变化曲线V₀(t)、高度随时间的变化曲线H₀(t)作为目标函数；

(5)对各级开伞的群伞效率因子进行弹道重构拟合，具体为其中η_Ji＝1-m_iΔη为减速伞第i级收口阶段的效率因子，η_Zj＝1-n_jΔη为主伞第j级收口阶段的效率因子，m_i＝1、2、3……，为减速伞效率因子拟合步数，n_j＝1、2、3……为主伞效率因子拟合步数，Δη为群伞效率因子拟合步长；