伞载系统工作过程动力学仿真研究

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降落伞由于其优越的减速性能常被用于各类飞行器的减速与回收过程。降落伞飞行过程可以分为开伞阶段与减速下降阶段,本文针对这两个阶段分别建立了动力学方程,通过仿真分析了不同参数对伞载系统飞行性能的影响。针对伞载系统开伞阶段,建立了拉直过程三质点动力学模型与充气过程两质点动力学模型。以“神舟号”飞船主伞开伞过程为例,通过本文模型得到的数值仿真结果与实验对比,验证了本文动力学模型的准确性。在此基础上,针对某航弹伞,研究了发射速度与初始轨迹角对伞载系统开伞阶段飞行性能的影响,发现随着发射速度与初始轨迹角的增大,拉直过载与开伞过载有不同程度的增大。针对伞载系统减速飞行过程,建立了5自由度动力学模型。以某航弹伞稳降阶段为例,通过本文模型得到的数值仿真结果与文献值对比,验证了本文数学模型的正确性。讨论了阻力特征对下降过程飞行性能的影响,发现阻力特征的变化主要影响下降期间的速度变化,姿态角对阻力特征的变化敏感度较低。进一步分析了风场扰动对伞载系统飞行稳定性能的干扰影响,仿真结果表明,该弹伞系统在小风干扰下能稳定下降,具有一定的动稳定性。最后针对某子母型航弹伞落点撒布问题,采用粒子群算法建立了落点优化求解模型,基于最优解给出了雷场落点的优化撒布方式。采用C++的MFC模块开发了降落伞系统仿真分析软件,以不同伞衣面积的降落伞开伞阶段为例,仿真软件的计算结果与文献结果较为一致,说明了仿真软件的正确性。该软件可以简化伞载系统的设计流程,提高设计效率,具有较好的工程应用价值。本文的研究成果对建立伞载系统飞行全过程动力学模型,分析不同参数对伞载系统飞行性能的影响,优化非控段飞行轨迹,提高开伞程序设计效率具有重要意义。
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