[发明专利]一种翼伞充气时间的快速预测方法

说明书

本发明提出了一种翼伞充气时间的快速预测方法，包括以下步骤：根据翼伞多气室、展向折叠的结构特点及伞衣外形变化特点，将翼伞充气过程的伞衣外形变化分解为翼面展开和气室充气两个阶段，翼伞充气时间包括翼面展开时间和气室充气时间。翼面展开时间模型类比于方形伞的充气时间模型，充气时间修正系数受翼伞单位面积伞绳数量影响；气室充气时间由气室充满体积和进气口平均速度确定。本方法结合翼伞结构及充气外形变化，将伞衣复杂的非定常非线性大变形流固耦合行为简化，能快速、准确地预测翼伞充气时间，对快速估算翼伞系统充气过程的高度损失、翼伞开伞工况的优化设计及开伞性能分析均有重要意义。

技术领域

本发明属于空降空投、气动减速装备领域，具体是关于翼伞设计及分析。

背景技术

冲压式翼伞由于滑翔性能好、操纵性能强、着陆速度小等特点，广泛用于运动表演、航天回收、精确空投等领域。

翼伞充气阶段是决定翼伞能否正常工作的重要环节之一。一般来说，延长充气时间可有效降低最大开伞动载，避免由于开伞动载过大而引起的伞衣破损，提高翼伞系统可靠性；缩短充气时间则可以减少充气过程的高度损失，增加翼伞的最大滑翔距离。因此，对翼伞充气过程进行分析研究，准确预测翼伞的充气时间，对提高翼伞工作特性十分重要。

翼伞开伞过程实质上是流场-伞衣结构剧烈作用的过程，属于高度非定常非线性多场耦合问题，计算难度极大，且需要非常大的计算消耗；加之，柔性翼伞为多气室曲面结构，折叠建模比常规降落伞复杂。因此，利用流固耦合数值计算来预测翼伞的充气时间，目前还非常困难。

动力学方法在降落伞充气性能研究上应用广泛，但是该方法必须掌握充气过程的气动特征变化规律。由于对翼伞充气时间认识不足，无法建立翼伞充气过程气动特征变化模型，因而翼伞充气过程的动力学计算需要依赖工程经验反复调试才能得到，且精度较低。

目前翼伞充气时间获得主要依赖飞机空投或风洞试验。空投试验成本高，且由于翼伞开伞快，普通相机难以准确测量翼伞外形变化，充气时间测量误差很大。另一方面，试验结果易受天气等不确定因素影响，数据离散度大，难以得到有效试验数据。风洞试验则受限于风洞尺寸，无法进行全尺寸翼伞试验，且受测试方法的限制，无法模拟翼伞从折叠状态的展开过程。

针对上述问题，本发明基于翼伞充气过程的伞衣外形变化特点，将翼伞充气过程分解为两个阶段，基于理论分析提出了翼伞充气时间快速预测模型。该模型对预测充气过程高度损失及开伞性能分析均有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种翼伞充气时间的快速预测方法，能快速、准确的地预测充气时间，并有助于快速预测充气时的开伞损失高度。

一种翼伞充气时间的快速预测方法，包括以下步骤：

步骤一，根据翼伞多气室、展向折叠的结构特点及伞衣外形变化特点，将翼伞充气过程的伞衣外形变化分解为翼面展开和气室充气两个阶段，翼伞充气时间由翼面展开时间和气室充气时间两部分构成；

步骤二，将翼面展开阶段简化为方形伞的充气张开过程，翼面展开时间与翼伞名义直径D₀成正比，与开伞速度v_k成反比，计算公式为其中k₁为翼面展开时间修正系数；

步骤三，将气室充气阶段简化为气囊的充气过程，气室充气时间与气室充满体积V_qs成正比，与切口面积A_qk及进气口平均速度v_p成反比，计算公式为其中k₂为气室充气时间修正系数；

步骤四，得到翼伞充气时间t_m，t_m＝t₁+t₂。