牵顶伞优化主伞充气效果与动态特性研究

本研究论文深入探讨了"牵顶伞对主伞充气过程的影响"这一主题，由作者张红英、秦富德、刘伟华和童明波在南京航空航天大学航空宇航学院完成。他们针对载人航天中的降落伞回收系统，特别是为了防止伞衣在高速开伞时的局部破损问题，引入了牵顶伞的设计。牵顶伞是一种小型伞，与主伞紧密相连，其作用是在主伞展开过程中提供支撑和控制，避免伞衣间的摩擦。 论文的核心工作是构建了两种情况下的流固耦合数学模型：一是考虑牵顶伞存在的情况，二是没有牵顶伞作为对照。通过数值模拟，研究人员分析了牵顶伞对主伞充气过程的具体影响，包括开伞速度、阻力特性、开伞动载以及充气时间、距离等关键参数的变化。研究发现： 1. 牵顶伞的存在显著提高了开伞过程中的平均速度，减少了收口阻力，使得开伞的第一峰值过载有所降低，但第二峰值则有所增加。 2. 随着牵顶伞阻力特性的增大，尽管初期充气时间和充气距离会相应减小，但伞衣充满后的速度、开伞峰值、收口阻力、充满时间和充满距离变化不大。 3. 牵顶伞在初始充气阶段和主充气阶段对伞衣形状的影响显著：初始阶段伞衣由于牵顶伞的阻力不易张开，显得细长；随着主充气阶段的推进，伞衣张开速度减缓，保持细长；当牵顶伞失效后，伞衣外形差异减小。 这项研究的重要性在于它为改进载人飞船降落伞设计提供了科学依据，优化了开伞过程中的伞衣保护机制，有助于提高降落伞系统的可靠性和安全性。通过对比数值仿真与实际空投实验结果，验证了模型的准确性和有效性，对于提升载人航天技术的发展具有重要的理论价值和实践指导意义。