降落伞是利用空气阻力实现气动减速的装置,在航空航天领域中扮演着重要角色。其中,圆形降落伞应用最为广泛,但是由于其目前只能实现气动减速,下降过程中无法对其进行操纵,导致落点分布随机性较大,从而难以保证着陆任务的顺利完成。本文以传统圆形降落伞为研究对象,提出利用伞绳收放实现降落伞(下文“降落伞”均代指“圆形降落伞”)下降轨迹控制及呼吸现象抑制的方法。主要研究内容如下:(1)根据刚体在理想流体中运动的旋量形式动力学方程,考虑附加质量的影响,推导了物伞系统的六自由度和平面三自由度动力学方程。在引入控制力和风力的作用后,忽略降落伞的滚转运动,建立了物伞系统空间三自由度动力学模型,用于降落伞的轨迹控制。(2)提出利用收放局部伞绳方法来控制降落伞下降轨迹。受力分析表明,降落伞将朝着伞绳缩短的一侧运动。根据降落伞动力学特性,利用预测轨迹建立了内外包络面,实现了对降落伞实际下降轨迹的控制。通过蒙特卡洛仿真,获得了可控伞和无控伞的下降轨迹与落点分布情况。根据仿真结果以及圆概率误差计算,可知所提控制方法能够使降落伞克服下降过程中的不确定因素,从而提高落点精度和密集度。(3)提出利用收放全局伞绳的方法来控制降落伞下降轨迹。通过改变整体伞绳的长度,可以实现对降落伞阻力面积的控制,进而改变降落伞的竖直下降速度,影响其顺风漂移程度,最终完成对下降轨迹的控制。将该方法与收放局部伞绳方法联合使用,提升了降落伞在恶劣环境下的适应能力。(4)开展了降落伞呼吸现象抑制方法研究。在降落伞下降过程中常伴有呼吸现象,呼吸现象会严重影响降落伞负载的安全着陆及功能的正常发挥。基于平面二自由度模型,研究了不同因素对呼吸现象的影响,并利用收放全局伞绳方法实现了对呼吸现象的抑制,提高了降落伞下降过程中的稳定性。