降落伞-呼吸-现象研究

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1、18航天返回与遥感SPACECRAFI"RECOVERY&I／EMOTESENSING第31卷第1期20lO年2月降落伞“呼吸”现象研究郭叔伟王海涛董杨彪秦子增(国防科技大学航天与材料工程学院，长沙410073)摘要文章详细地描述了降落伞“呼吸”现象，首次使用降落伞充气过程中的简化轴向和径向动量方程来计算降落伞“呼吸”过程。在此基础上，分别比较有限质量充气条件下开伞速度、载荷物质量、大气密度、降落伞伞绳弹性系数对降落伞“呼吸”现象的影响，获得了一般情况下降落伞“呼吸”现象受栽荷物质量与大气密度影响较大，当载荷物质量较小和大气密度较大时，降落伞“呼吸”振荡幅度较大且不易衰减等结论

2、。关键词降落伞呼吸现象伞绳充气中文分类号：V445．2+3文献标识码：A文章编号：1009—8518(2010)01—0018—06ResearchonParachuteBREATHBehaviorGuoShuweiWangHmtaoDongYangbi踟QinZizellg(couege0fAerospaceandMateriM哪meriIlg，NUDT，c}瑚gsha410073，China)Absn?actTheparachuteBREATH龇fiorwasdescribedinderail。锄dfirsflyappliedtIlesimplifiedrationally

3、theparachuteaxisofs砌雠tnrequation卸dmdiMequationtoanalyze觚dcMculatetIleparachuteBREA，mbeMfior．Basedonthisequatiom，itanalyzedtheeffectofdifferentparachute叩eningvelociq，pay—loadmass，atmospheredemit)rOnfieparachuteBREATH№fiorinthec伽ditionoffinitemassinflation．Itgainedthatt}lepay—loadmassandatnlo．

4、spheredemityhad1110r】eeffectonparachuteBREATHbeha“or．Whent}lepay—loadma88wassmall粕dSeatmosphemdemi哆w鹊dense，amplitudeofparachuteBREATH龇fiorwashi加锄ddeclinedslowly．KeywordsParachuteBREATH№viorParachutesuspemionlin∞Inflation1引言降落伞“呼吸”现象是指在降落伞第一次充满后，伞衣投影面积在一定范围内上下波动，表现为伞衣像呼吸一样以一定周期一张一缩的变化。在国内外窄投试

5、验、风洞实验、实际航天器返回中多次发现降落伞“呼吸”现象，如美国的“海盗VIKING”号飞船在试验飞行中有降落伞“呼吸”现象的详细记录⋯；国内余莉等人在降落伞风洞实验中也多次发现降落伞“呼吸”现象，且发现在风洞试验条件下降落伞“呼吸”现象特性与伞农和连接带的材料有关【2-31；在某型号飞行器空投试验中通过图像处理也多次发现其主伞在首次充满后存在比较明显的“呼吸”现象。降落伞“呼吸”现象首先表现是伞衣第一次充满后，伞衣继续向外扩张充气，导致降落伞阻力面积峰值大于设计的全充满阻力面积，使开伞充气过程中最大开伞力预测精度降低。在降落伞“呼吸”现象发生后。由于伞衣面积产生周期性波动，由

6、此带来物伞系统“喘振”，以及降落伞伞绳和吊带受力周期性波动，进而有可能导致共振发生。收稿R期：2009—05一嘴第1期郭叔伟等：降落伞“呼吸”现象研究19在国内外有关降落伞“呼吸”现象的理论研究文献比较少，大部分有关降落伞“呼吸”现象的文献只是描述“呼吸”现象的产生以及特征。在已有的研究方法中主要有两类：1)流固耦合理论计算，分别建立伞衣流场模型，伞衣应力分析【4

7、，国内以彭勇为代表建立了降落伞充气过程中伞衣伞绳弹簧阻尼模趔∞1；2)商业软件计算，主要是通过LS—DYNA等商业软件计算降落伞充气过程№J。以上丽种方法其建模过程相当复杂，且带来了一系列需要经验和实验确定的参数，这

8、给降落伞设计单位和相关工程单位带来不便。本文以简化的降落伞充气过程中轴向和径向动量方程为基础，考虑伞绳弹性，给出比较简单的降落伞“呼吸”现象计算方法。2降落伞充气模型在降落伞充气过程中，一般把降落伞充气过程分为两个阶段：初始充气阶段和主充气阶段。初始充气阶段是从空气进入伞衣开始直到空气充至伞衣顶部为止；主充气阶段是完成已充气部分继续膨胀，直到伞衣完全充满，在这过程中降落伞的形状用一个半径为r的半球和一个倒截锥的组合体来表示，伞绳长度为L。，如图1所示。图中Do为降落伞名义直径；0为伞绳与降落