深空探测气囊着陆缓冲系统的原理样机冲击动力学相似问题研究

研究深空探测气囊着陆缓冲系统的地面原理样机冲击动力学相似问题。首先,从理论角度出发,对气囊着陆缓冲系统的冲击动力学响应进行了推导,发现初始气压、气囊体积、接触面积、登陆舱质量和着陆初速度等参数对着陆冲击响应特征起主要影响。然后,给出了地面原理样机设计思路,并且在理论推导的基础上提出了利用地面原理样机冲击响应与外星环境下全尺寸气囊着陆系统冲击响应的动力学相似关系。最后,设计了几种不同参数的地面原理样机,通过数值模拟方法计算了火星环境下的全尺寸气囊系统着陆冲击响应和原理样机冲击响应,利用地面原理样机冲击响应计算结果和所提出的动力学相似关系对火星环境下的全尺寸气囊系统着陆冲击响应进行了估计,验证了所提出的动力学相似关系的有效性。     

基于代理模型的空投装备气囊缓冲系统多目标优化

基于有限元法和控制体积法建立装备-气囊系统有限元模型,并采用试验数据对模型进行验证。复杂气囊系统着陆缓冲过程仿真计算资源消耗大,难以应用传统迭代方法进行参数优化。为克服这些问题,结合扩展拉丁超立方设计,以最大着陆冲击加速度和最大翻转角度为响应,采用径向基函数构建代理模型。在代理模型基础上,利用多目标遗传算法对主气囊高度、横向宽度及排气孔面积等气囊缓冲系统参数进行了多目标优化。优化结果表明:优化后最大冲击加速度减小了15.5%,最大翻转角度减小了70.3%,缓冲性能与横向稳定性均有所提高。     

空投着陆气囊缓冲系统环境适应性研究

目的 研究在空投着陆过程中, 气囊缓冲系统的缓冲特性和环境适应性, 分析空投着陆环境变化对气囊缓冲特性的影响。方法 以热力学理论和刚体动力学为基础, 建立空投着陆气囊缓冲系统动力学模型, 以此为基础编写气囊缓冲特性计算分析软件; 针对某型主-辅囊结构气囊进行地面冲击试验,对比验证了计算模型的正确性。结果 空投着陆海拔高度为0, 3000, 4500 m时, 空投装备着地瞬间的着地速度分别为0.52, 0.96, 2.31 m/s, 随着海拔升高, 空投装备着地速度明显增大。环境温度、 大气密度和大气压力等参数对气囊缓冲特性的影响比较显著。结论 气囊缓冲系统的缓冲特性满足设计要求, 可适应海拔较高的空投环境。同一气囊系统在较高海拔环境中使用应充分评估其适用性和安全性, 避免空投装备着地速度较大而造成装备损坏。     

二代伞兵战车的缓冲气囊系统参数优化设计

目的对一代伞兵战车缓冲气囊进行优化,设计出满足二代伞兵战车着陆安全的缓冲气囊。方法基于现用的缓冲气囊,结合有限元仿真、试验设计,建立以气囊参数为设计变量、战车着陆冲击加速度峰值为目标函数的支持向量回归(SVR)模型。用遗传算法对现有气囊的宽度、高度、排气孔面积、排气孔爆破压强进行参数优化。结果优化后的缓冲气囊系统将二代伞兵战车的冲击加速度峰值降低了73.4%,着陆减速过程变得平稳顺滑。结论成功地对现有缓冲气囊的参数进行了优化改进,得到了适用于二代伞兵战车的缓冲气囊,并且为决策者提供了多种气囊设计方案。     

新型着陆器单腿动力学仿真模型碰撞参数修正

建立新型着陆器的单腿动力学仿真模型,着陆器与着陆面的碰撞采用非线性阻尼弹簧模型模拟。出于提高仿真模型计算结果准确性的目的,参照装有单套着陆缓冲机构的着陆器物理样机的冲击试验结果,对非线性阻尼弹簧碰撞模型中的刚度系数、阻尼系数和非线性指数进行修正。为了提高模型修正的计算效率,构造出能准确反映仿真结果相对于试验结果误差值的Kriging代理模型,并应用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),以最小化Kriging代理模型计算出的误差值作为目标,实现非线性阻尼弹簧碰撞模型的参数修正。将修正后的参数代入仿真模型进行验证,相比于冲击试验结果,新模型计算出的着陆器主体下降距离与投放高度之差误差由修正前的29.4%降低到5.9%,辅助支柱最大缓冲行程误差由修正前的24.7%降低到8.4%。     

行星软着陆气囊缓冲系统动力学仿真研究

气囊缓冲着陆系统具有轻质、安全、环境适应性强等特点,能有效保护着陆过程中着陆器的安全,在行星探测中应用广泛。针对一种"水滴形"自扶正气囊缓冲着陆系统建立了动力学模型,描述了气囊基于接触和几何非线性效应在行星表面充气、降落、碰撞、回弹及再碰撞等着陆缓冲过程。依据动力学仿真结果获取了气囊初始气压、初始着陆速度、星表地形等对气囊内部关键部位缓冲过载的影响规律,验证了"水滴形"气囊缓冲着陆系统可实现自动扶正及弹开分离等重要功能特征。研究结果为未来深空探测采用的气囊式缓冲着陆系统的工程设计提供了理论指导和参考。     

小型电子设备着陆缓冲气囊的优化设计

目的针对一种新型分离式飞行数据记录系统的着陆缓冲气囊外形进行优化设计。方法基于多岛遗传算法和近似建模法通过ISIGHT优化设计平台制定相应的优化流程,建立不同坠落姿态下气囊缓冲着陆过程的数学模型,并以电子设备过载为优化目标,对气囊的外形尺寸参数进行优选,从而得出相应的气囊外形设计方案。结果描述气囊缓冲着陆冲击过程的近似模型具有较高的可信度。基于近似模型的多岛遗传算法可提高在多初始坠落倾角下气囊外形尺寸的优化效率。相较于初始外形的气囊模型,经上述优化流程运算后得到的最优气囊模型在不同初始坠落倾角下的电子设备着陆冲击过载均有所下降。结论该研究的过程和方法对于开展轻小型设备缓冲气囊的设计和优化具有指导意义。     

新型自充气式着陆缓冲气囊的理论分析与设计研究

目的针对目前着陆缓冲气囊充气展开方面的功能缺陷,设计研究一种新型自充气式气囊。方法详细论述气囊的结构及其自充气原理,建立气囊整体结构模型;分析气囊进气孔的结构和工作原理,并进行相关计算;最后理论分析气囊缓冲着陆过程及其缓冲性能。结果新型自充气式缓冲气囊展开时仅有1/6的体积需要自带气源充气,进气口结构能满足空投下落时气囊的自充气,实例计算得出空投载荷的最大冲击加速度只有60 m/s2,小于允许的最大冲击加速度。结论新型自充气式气囊能够大大减轻空投系统自身的重量,进气口结构能满足气囊功能要求,使空投物资受到的冲击加速度小于允许的最大值,气囊能对空投货物起到很好的缓冲保护作用。     

基于ANSYS/LS-DYNA的新型着陆缓冲气囊仿真分析

采用ANSYS/LS-DYNA对一种新型着陆缓冲气囊进行了仿真分析。采用C-V的气囊控制算法,分别从气囊的材料定义、模型构建和仿真结果分析等方面对整个着陆缓冲过程进行了全面的仿真,通过对结果的分析,验证了该气囊设计的冲击最大加速度为8.6 g,小于所设计通用弹药许用脆值,完全满足设计要求。     

空降空投中的气囊缓冲包装技术

目的对目前缓冲着陆气囊的发展状况进行总结分析,对重装空投气囊着陆缓冲系统的性能进行评估。方法通过建立某重型装备气囊缓冲系统的LS-DYNA有限元模型,对该模型进行缓冲仿真计算,对着陆装备的速度历程和加速度历程进行分析。结果在重力加速度作用下,0.15 s时间内,仿真模型从4.8 m/s加速到触地速度为5.4 m/s;在气囊缓冲作用下加速度减为0时,继续加速到速度最大值,之后模型在反向加速度作用下急剧减速后产生反向速度,经过几次波动后最终速度基本为0,即着陆成功。结论仿真模型的速度和加速度的变化情况等都满足气囊安全着陆应有的规律,体现了仿真的可行性。     

着陆气囊缓冲过程数值模拟研究

目的 对某大型空降装备着陆缓冲系统的可排气型气囊缓冲过程进行数值模拟研究。方法 基于有限元方法, 建立着陆缓冲系统的有限元模型, 采用控制体积法, 利用显式动力分析软件LS-DYNA对着陆气囊的缓冲过程进行数值模拟, 分析了气囊缓冲过程中气囊内压、 气囊剩余高度和气囊排气速率等特性的变化规律, 以及气囊织布的弹性模量、 排气压力和排气口面积等主要参数变化时对气囊缓冲特性的影响规律。结果 对气囊的缓冲特性影响较大的参数为气囊的排气压力和排气口面积, 当气囊织布的弹性模量高于0.2 GPa时, 弹性模量的变化对气囊的缓冲特性影响较小。结论 研究结果可为工程人员进行气囊初始设计和对气囊缓冲过程进行模拟仿真提供参考。     

全向式多室连通气囊的缓冲特性研究

气囊缓冲技术广泛地应用于汽车、航空和国防工业等领域中。本文基于非线性有限元软件LS-DYNA,建立了全向式多室连通气囊软着陆系统的有限元模型,并用试验验证了模型的准确性,完成了软着陆过程的仿真分析。通过合理设计工况,本文对全向式多室连通气囊的吸能特性进行了研究,分析了初始囊压、气囊直径、隔膜内孔直径和通气孔直径等对缓冲特性的影响。研究结论可用来指导全向式多室连通气囊着陆系统的设计。     

圆柱筒式空投气囊缓冲模拟

目的研究某空投缓冲系统圆柱筒式气囊的缓冲过程,得出缓冲特性曲线,并校核装备冲击过载。方法基于有限元理论,利用Ansys中的显示动力学分析软件LS-DYNA建立气囊缓冲系统的有限元模型,采用粒子法,对气囊缓冲过程进行数值模拟,并与传统气囊仿真所使用的控制体积法进行对比。结果经模拟得出空投着陆缓冲过程中气囊排气口打开时间为63.4 ms,缓冲过程中的最大过载为13.3g,获得了缓冲高度、货台加速度等特性的变化规律。将气囊缓冲特性与使用传统的控制体积法仿真的结果进行了对比,排气口打开时间误差为10.7%,最大过载误差为8.6%。结论 2种方法的结果对比一致性较好,验证了粒子法进行缓冲气囊模拟的可行性,同时使用圆柱筒式气囊缓冲的最大过载满足装备空投对过载不超过20g的要求。     

冲压式空投气囊着陆缓冲性能仿真研究

目的 以冲压式空投气囊为研究对象, 对气囊的着陆缓冲过程进行有限元仿真, 以研究其缓冲性能。方法 使用SolidWorks软件建立了气囊和装备的几何模型, 导入到有限元分析软件Ansys/LS-DYNA中划分网格, 加载并进行求解, 并用后处理软件Ls-prepost对仿真结果进行分析, 得出了气囊的体积和压力变化曲线, 以及空投装备的位移、 速度和加速度的变化曲线。结果 气囊在着陆缓冲过程中的最大压力为0.198 MPa, 空投装备的着陆冲击加速度峰值为175 m/s（ 2 17.9g）。结论 空投装备的最大冲击过载是17.9g, 装备最大过载Amax＜允许过载20g, 气囊满足性能要求。气囊内压力峰值对于气囊的设计有重要影响, 以气囊峰值压力0.198 MPa为参考标准, 在气囊材料选取和气囊加工方面要确保气囊能承受相当的峰值压力, 以避免缓冲时气囊发生爆裂。     

基于 Ansys/LS-DYNA的缓冲气囊着陆过程仿真研究

目的以冲压式快速空投硬式气囊为研究对象,对气囊以特定角度着陆时的缓冲过程进行仿真分析。方法使用SolidWorks软件建立气囊的仿真模型,然后使用Ansys/LS-DYNA有限元分析软件,分别从气囊的材料定义、有限元模型的构建和仿真结果分析等方面进行仿真研究,并得出冲压式快速空投气囊着陆过程中应力应变的动态参数,以及货物和气囊的冲击加速度波动曲线。结果气囊在偏离竖直轴15°着陆缓冲过程中,在0.077 207 s时,地面与气囊的棱接触处受到的最大应力为1.47MPa,此时对应的最大应变为0.479 614 m。结论冲压式快速空投气囊在偏离竖直轴15°着陆时,气囊所受的最大冲击应力以1.47 MPa为标准,可更好地确定空投物体的质量,并且可以针对性地加强对气囊应力应变较大区域的防护,防止气囊在冲击过程中破坏。     

空投着陆缓冲气囊研究现状

目的总结当前着陆缓冲气囊的国内外研究现状。方法介绍不同缓冲气囊的工作原理与优缺点,总结解析与有限元2种气囊性能的计算方法与性能参数优化方法的研究现状,以及气囊技术研究的发展方向。结果分析了各类缓冲气囊与性能参数计算方法的优缺点,总结了气囊技术待解决的问题。结论提高缓冲气囊的气压主动控制技术与着陆姿态控制技术可进一步提高气囊性能。     

重型装备空投用连通型气囊缓冲特性仿真

目的为了探究连通型气囊在重型装备空投缓冲时的着陆缓冲特性,对其进行有限元建模及仿真研究。方法采用均压多腔室流动气囊模型理论建立装备-气囊系统有限元模型,通过显式非线性有限元方法模拟求解其跌落缓冲过程,并进行连通孔大小对缓冲特性的影响分析。结果随着连通孔面积的增大,各气室之间的内压差距变小,最大偏差从13.2%逐渐变小至0,加速度峰值从7.130g逐渐变小直至6.925g,但是总体上加速度峰值变化不大。采用连通型气囊能够实现与非连通气囊基本相同的缓冲特性,对于重心偏前的装备而言,为了避免装备俯仰过度,连通孔的大小不宜设置过大。结论该研究可为重型装备空投用连通型气囊的设计、改进提供理论基础和技术手段。     

缓冲气囊着陆过程仿真研究

以冲压式快速空投气囊为研究对象,对冲压式快速空投气囊的垂直着陆缓冲过程进行了仿真。首先使用Solidworks 软件建立了气囊的仿真模型,然后使用Ansys/ LS-Dyna 有限元分析软件,仿真研究了冲压式快速空投气囊着陆过程中气囊的应力应变的动态参数。研究得出了气囊在着陆缓冲过程中受到的最大应力值,以及出现最大应变的区域,从而更好地确定空投物体的质量,并且可以针对性地加强对气囊应力应变较大区域的防护,防止气囊在冲击过程中被破坏。