[发明专利]一种降落伞伞衣充满外形预测方法

说明书

本发明涉及一种降落伞伞衣充满外形预测方法，综合考虑了降落伞织物透气性、柔性材料的织物弹性、以及飞行过程中伞衣外流场作用等多种因素，在Forchheimer定律的基础上得到伞衣透气速度，并得到降落伞的内外压差，进而基于材料力学理论建立稳降阶段柔性伞衣及径向加强带的力学平衡方程，并采用打靶法和Runge‑Kutta法综合求解计算得到降落伞稳降飞行过程中的柔性伞衣充满外形，从而为进一步降落伞气动性能的计算与降落伞设计提供指导；本方法在计算伞衣外形时相较于流固耦合方法，方法简便、预测效率更高。

技术领域

本发明涉及一种降落伞伞衣充满外形预测方法，属于气动减速技术领域。

背景技术

降落伞由于其质量轻、减速稳定、效果好，被广泛应用于载人航天、深空探测等战略任务的气动减速、回收着陆、姿态稳定等阶段。作为一种依靠其结构形状和性能特征来改变载荷体运动状态的气动减速装置，其稳降阶段的气动性能显得尤为重要。但是，对于气动性能的研究，首先要得到准确的柔性伞衣充满外形。

目前，降落伞伞衣充满外形获取方式主要有试验、流固耦合计算两种方式。其中，试验方法主要有风洞(水洞)试验、飞机空投试验等方式，但是试验研究周期长、成本高、风险大，(可参考Rondeau N,Fitek J,Desabrais K J et al.Investigations of parachutematerial permeability under an unsteady pressure differential[C].19th AIAAAerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar,2007.AIAA2007-2500.)；而流固耦合数值方法对于充满外形的获取较为准确，较试验而言成本更低，但是数值计算消耗巨大，(可参考：LiY,Chern I,Kim J,et al.Numerical Method ofFabric Dynamics Using Front Tracking and Spring Model[J].Communications inComputational Physics,2013,14(5):1228-1251.)。

目前，在降落伞的设计阶段，往往涉及修改多结构参数以优化气动性能的问题，因此该过程的计算工况特别多。尽管现有的数值方法可准确得到伞衣外形的动态外形变化，但遗憾是这些方法计算消耗大，计算慢，导致降落伞的设计改型周期耗时长久，不利于设计研究水平的提高，无法很好应用于降落伞结构定型优化过程。因此，工程上迫切需要一种可以快速有效地考虑织物透气性、弹性等多种因素下的降落伞柔性伞衣稳降充满外形获得方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种降落伞伞衣充满外形预测方法，采用全新求解思路方法，能够快速计算降落伞稳降飞行过程中的柔性伞衣充满外形，从而进一步为降落伞气动性能计算与降落伞设计提供指导。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种降落伞伞衣充满外形预测方法，用于实现目标降落伞在稳降过程中柔性伞衣充满外形的获得，包括如下步骤：

步骤A.根据目标降落伞的飞行速度v、伞衣厚度θ、飞行高度位置所对应的大气密度ρ、粘性系数h、惯性系数b，获得目标降落伞的伞衣织物透气速度v_q，然后进入步骤B；

步骤B.根据目标降落伞的伞衣织物透气速度v_q，获得目标降落伞所对应的透气伞衣内外压差系数C_p，进而结合飞行高度位置所对应的大气密度ρ、以及目标降落伞的飞行速度v，获得目标降落伞的透气伞衣内外压差Δp，然后进入步骤C；