[發明專利]一種空投裝備氣囊緩沖系統的仿真設計方法

有效

• 申請號: 201210240690.9
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN102799726A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 王紅巖;芮強;牛四波;呂哲源;郝貴祥;洪煌杰;李建陽;陳鵬
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 東莞市華南專利商標事務所有限公司 44215
• 代理人: 張明

技術領域

本發明涉及結構仿真設計技術領域，特指一種空投裝備氣囊緩沖系統的仿真設計方法。

背景技術

空投裝備的氣囊緩沖系統是戰車空投系統的重要組成部分，是保證空投裝備從空中安全抵達地面的一種特殊裝備。若空投裝備在傘降系統減速后落地時直接接觸地面，瞬間沖擊過載將會損壞空投裝備內部的儀器和機體結構。氣囊緩沖系統通過緩沖措施，可以進一步減輕空投裝備在落地瞬間所受到的沖擊，使空投裝備從接觸氣囊到完全靜止這段時間內的過載，控制在許用過載范圍以內，同時不出現反彈現象，從而保護儀器設備及機體不受損壞。

因此，氣囊緩沖技術是著陸緩沖最主要的關鍵技術之一，由于實際裝備氣囊緩沖系統試驗危險性大、成本高、組織協調及試驗條件控制困難，難以大量進行實際裝備氣囊緩沖系統試驗。借助數值仿真能在短時間內進行大量計算的特點，對氣囊緩沖過程進行仿真，可以預測不同工作條件下氣囊緩沖系統的性能特征，為系統設計方案的評估、改進、優化和驗收提供重要的依據。

由于氣囊緩沖系統各參數對其緩沖特性的影響相互制約，每種新的應用都要經過試驗設計或者通過投放平臺的反復試驗來確定氣囊參數的合理性，不僅實驗周期長、研制成本高，而且設計結果也不太理想。因此通過氣囊參數的匹配設計方法對氣囊進行初始設計，就能有效減少試驗，提高設計效率和成功率。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足提供一種空投裝備氣囊緩沖系統的仿真設計方法，針對空投裝備氣囊緩沖系統的前期開發設計階段，通過計算機的仿真計算和匹配設計的手段獲得氣囊緩沖系統的基本結構參數，無需通過實際裝備氣囊緩沖系統進行試驗，簡化了試驗的手段，減少了試驗的次數，大大降低了研發的成本。

為實現上述目的，本發明的一種空投裝備氣囊緩沖系統的仿真設計方法，該方法包括空投裝備氣囊緩沖系統的仿真計算和空投裝備氣囊緩沖系統的參數匹配設計。

所述空投裝備氣囊緩沖系統的仿真計算包括如下步驟：

A．建立單氣室氣囊的解析模型：將單氣室氣囊簡化為帶有排氣口的活塞汽缸，利用氣體熱力學基本理論推導出氣囊排氣口流量方程，在此基礎上建立了單氣室氣囊的解析模型；

B．建立雙氣室氣囊的解析模型：所述雙氣室氣囊包括主氣囊和輔氣囊，主氣囊與輔氣囊相互連通；先推導出主氣囊排氣口流量方程和輔氣囊排氣口流量方程，再利用輔氣囊內氣體質量等于主氣囊排入輔氣囊的空氣的質量與輔氣囊向大氣排出空氣的質量之差的關系，建立雙氣室氣囊的解析模型；

C．通過計算機建立單氣室氣囊和雙氣室氣囊的仿真模型；

D．計算機分別獲得單氣室氣囊和雙氣室氣囊的仿真模型的輸入參數，所述單氣室氣囊的仿真模型的輸入參數包括：氣囊底面積、氣囊高度、著陸初速度、排氣口面積、外界溫度、初始壓強和載荷質量，所述雙氣室氣囊的仿真模型的輸入參數包括氣囊底面積、氣囊高度、著陸初速度、主氣囊排氣口面積、輔氣囊排氣口面積、外界溫度、初始壓強、載荷質量、輔氣囊體積與主氣囊體積之比；

E．計算機分別對單氣室氣囊及雙氣室氣囊的仿真模型進行求解，得到空投裝備氣囊緩沖系統的緩沖特性曲線及空投裝備的最大加速度和著陸末速度；

所述空投裝備氣囊緩沖系統的參數匹配設計包括如下步驟：

A.?建立單氣室氣囊的無量綱解析模型；

B.?通過計算機建立單氣室氣囊的無量綱仿真模型；

C.?根據設計要求，計算機獲得無量綱仿真模型的輸入參數，所述輸入參數包括載荷質量、最大加速度、著陸初速度、最大著陸末速度及氣囊底面積；

D.?計算機對無量綱仿真模型進行求解，得到氣囊設計的結構參數。

作為優選，所述排氣口流量方程為

，式中為排氣口氣體流量變化率；P為氣囊內氣體壓強；為氣囊外大氣壓強；為空氣的絕熱指數；?R為熱力學氣體常數；為氣囊內氣體初始絕對溫度；為氣囊內氣體初始壓強；K為流量系數；為排氣孔面積。

作為優選，所述空投裝備氣囊緩沖系統的參數匹配設計中的氣囊的無量綱解析模型為

，式中y表示任意時刻氣囊高度與氣囊初始高度的比值；T表示無量綱時間參量；表示氣囊內壓強與外界大氣壓的比值；H表示無量綱氣囊高度參量；Z表示無量綱氣囊載荷參量；B為無量綱氣囊排氣口參量；?、、為關于的無量綱參量，具體公式為：；；；

E.計算機對結構參數的匹配設計結果進行仿真驗證,?驗證結構參數的合理性。

作為優選，所述計算機為設置有MATLAB軟件的計算機。