[發明專利]一種環帆傘氣動性能進行優化的方法

有效

• 申請號: 201510036869.6
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104573265B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 張宇;甘和麟;蔣偉;榮偉
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明屬于航天器用降落傘技術領域，涉及一種基于數值仿真技術對環帆傘氣動性能進行優化的方法。環帆傘氣動性能包括阻力系數和穩定性。

背景技術

環帆傘因具有高可靠性的特點而被大量用于實現導彈、無人機等各種航天器的氣動減速，其構型可用“開孔+環縫+帆”概括：傘衣頂部為頂孔，中上部為環縫結構，靠近裙邊的其余部分為帆結構。頂孔、環縫和帆結構月牙縫為傘衣提供結構透氣量，保證了系統的穩定性；帆結構在提高傘衣阻力效率的同時，提高了環帆傘的可靠性。由于環帆傘結構復雜、控制外形的參數較多，依據設計規范得到的設計結果具有一定的離散性，在氣動性能上還有較大的優化空間。優化過程的閉環反饋需要性能評估環節，以往降落傘氣動性能評估只能通過空投、風洞等實物試驗方式實現，試驗周期長、成本高，進行閉環優化比較困難，準確性低，操作復雜；現在急需一種優化方法，使得在不改變環帆傘整體構型的基礎上優化環帆傘的氣動性能。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于數值仿真技術對環帆傘氣動性能進行優化的方法，利用數值仿真計算結果對環帆傘的局部結構參數進行調整，在不改變環帆傘整體構型的基礎上優化環帆傘的氣動性能。

本發明的技術解決方案是：

一種環帆傘氣動性能進行優化的方法，包括步驟如下：

(1)提取傘繩結點力時間歷程曲線，從t＝0開始沿時間軸正方向查找第一個周期曲線段，該段曲線起始時刻估計值為t_std＝t_std0，時間長度估計值為T_f＝T_f0，取該段曲線的時間均值，記為取[t_std+T_f,t_std+2T_f]曲線段的時間均值，記為若

則認為當前t_std即是環帆傘進入穩態周期段的起始時刻且穩態周期段周期為T_f并進入步驟(2)，否則取T_f＝AT_f重復計算上式直至滿足上式條件，若計算過程中若T_f值大于B倍T_f0，則重取T_f＝T_f0，并令t_std＝t_std+T_f，繼續計算直至滿足上式條件；

(2)若傘繩結點力時間歷程曲線包括至少D個周期段，則進入步驟(3)，否則根據T_f延長足夠的數值仿真時長重新進行數值仿真計算以滿足要求，并進入步驟(3)；

(3)判斷氣動性能是否需要優化，若不需要優化，則進入步驟(9)，否則計算傘繩結點力來流方向分量在t＝[t_std,t_std+DT_f]區間內的時間均值與環帆傘中軸線在D個穩態周期內的最大擺角θ_max，并將換算為環帆傘的阻力系數C_D；

(4)獲取環帆傘每環平均壓差和有效投影面積；

(4a)根據每個梯形幅在傘衣幅上的不同位置，將環帆傘傘衣由頂部至裙邊按梯形幅序號劃分為不同的傘衣環；記每環傘衣片單元內外壓差曲線在D個周期內的時間均值為ΔP_i,ele，則環帆傘每環平均壓差ΔP_i為{ΔP_i,ele}的算術平均：

其中i為幅序號，取正整數，ele為單元序號，n_i為第i個傘衣環包含的傘衣片單元總數；

(4b)記每個傘衣片單元的面積矢量為S_ele、來流方向矢量為r_ele，則傘衣環在垂直來流方向平面內的有效投影面積S_i為：

S_i＝∑S_ele·r_ele；

(5)計算每環的有效壓差ΔP_ei：

ΔP_ei＝ΔP_i×S_i；

(6)根據每環有效壓差的不同調整環帆傘局部結構尺寸：

調整方式如下：