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物伞系统回收过程动力学仿真与分析

廖前芳  
【摘要】: 降落伞减速系统是空中和空间飞行器回收着陆系统的主要方式。在选择和设计任何降落伞回收系统时首先必须清楚了解它们的性能。本文从载人飞船回收系统安全可靠性紧密相关的问题着手,重点研究了降落伞系统在稳定下降过程中的锥摆现象;并且从多体系统动力学的角度出发,讨论了物伞系统的两种不同动力学建模理论和方法,并对它们的动力学特性进行了分析比较。 综合运用分析力学和约束多刚体系统动力学的理论和方法,结合一般物伞系统的吊挂结构特征,建立了十一自由度的物伞系统约束动力学模型。选择合适的广义速度坐标,在同一个仿真程序中,可以将降落伞和载荷之间的连接带考虑成刚性或是弹性的,且为不同的物伞系统的分析提供了通用的研究方法。 讨论了降落伞的附加质量,包括定义、确定方法和应用。对载人飞船回收系统在回收着陆过程中的动稳定性进行了分析,给出了在降落伞充气和全张满工作阶段两种不同动力学模型和运动方程,通过数值仿真计算和分析,得到了一些有价值的结论。 针对降落伞系统在稳定下降过程中的锥摆现象,讨论各种因素对系统运动形式的影响,着重分析了不同的气动参数对系统锥摆运动的影响,在此基础上推导出系统稳定锥摆运动的理论公式,验证模型的正确性。并将此分析方法运用于“神舟”号载人飞船的回收着陆系统,通过仿真分析得到一些有意义的研究结论,为载人飞船在稳定下降阶段的稳定性分析提供了参考。


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