[发明专利]一种球面开缝降落伞及其结构设计方法

说明书

技术领域

本发明属于航天进入、减速与着陆(EDL)技术领域，具体地，涉及一种应用于超音速低密度开伞环境的球面开缝降落伞及其结构设计方法。

背景技术

随着深空探测技术的迅速发展，针对具有稀薄大气行星(例如火星)的EDL技术已成为研究热点和难点，这其中，超音速低密度降落伞减速技术是一项核心技术。截止目前，适用于超音速低密度开伞环境下的降落伞伞型包括盘缝带伞、改进的环帆伞、十字伞等。十字型伞虽然具有最大的单位阻力面积，但是，随着开伞速度的增大，十字型伞会出现较大的振动，稳定性较差；在超音速、低动压条件下改进环帆伞的开伞充气性能、阻力性能比盘缝带伞较差。盘缝带伞是工程实际中应用最广泛的超音速低密度降落伞伞型。

目前，盘缝带伞按照结构形式分为Viking型、MPF型两种伞型，二者伞衣的盘带面积比不同，减速性能也有显著不同：Viking型盘缝带伞的盘带面积比约为53:35，阻力系数较高(≈0.67)，稳定性偏弱；MPF型盘缝带伞的盘带面积比约为38:52，阻力系数较小(≈0.43)，稳定性较好。

超音速条件下，盘缝带伞同其他密实织物伞型一样，面临伞衣的“呼吸”、颤振等问题，会对伞衣底边造成结构破坏、烧蚀。

发明内容

本发明的目的是要解决现有背景技术的伞衣应力分布不均匀、阻力系数低、抗颤振性能差等问题，为解决上述问题，本发明采用成形幅密实织物伞衣，设置宽缝达到一定结构透气量，从而实现阻力系数高、稳定性强，具有抗颤振性的超音速低密度伞。

根据本发明的技术方案包括：

根据本发明的一个方面，其提供了一种球面开缝降落伞，包括伞衣和伞绳，其中，伞衣整体上为中心角为210°的球面，伞衣分为上、中、下三部分，上部为盘，下部为带，中间部分为宽缝，其中，宽缝将盘和带隔开，并且宽缝的下边缘处于球面最大直径处；盘的顶部具有顶孔；盘顶部的顶孔沿其周向边缘设置有顶孔加强带；盘的下边缘和带的上边缘分别具有沿其周向延伸的纬向带；带的下边缘具有底边加强带；伞衣上具有呈辐射状从顶孔沿盘和带延伸至带下边缘的多个径向带；伞绳的数量与伞衣上的径向带的数量相同，并且，每根伞绳的一端连接至径向带，多根伞绳的另一端汇交于一点，连接至待吊物体。

进一步地，伞衣由多个伞衣幅拼缝而成，伞衣上的径向带设置在相邻两个伞衣幅之间。

进一步地，顶孔中设置有沿其径向布置的顶孔绳；并且每根伞绳的一端连接至相应的径向带的底端，或者沿着相应的径向带延伸至顶孔加强带。

进一步地，每两根关于顶孔中心对称的伞绳沿着相应的径向带连续跨顶孔一体化连接。

根据本发明的另一方面，其提供了一种用于如前所述的球面开缝降落伞的结构设计方法，包括

(1)名义面积A₀根据下面的公式确定：

A0=CACd;]]>

上式中，CA为阻力面积，其中，mg为待吊物体的重量，υ为待吊物体的着陆速度，ρ为大气密度；

C_d为阻力系数，参照具有相同的盘带面积比的盘缝带伞的阻力系数；

(2)名义直径D₀根据下面的公式确定:

D0=4A0π;]]>

(3)投影直径D_p等于球面直径D_c，根据下面的公式确定：

(4)伞衣幅数N根据下面的公式确定：N＝4D₀+(7～8)，其中，N取大于5的偶数；

(5)伞绳数量与伞衣幅数相等，伞绳的长度L_l根据下面的公式确定：L_l＝2D₀；