[发明专利]一种环帆伞气动性能进行优化的方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器用降落伞技术领域，涉及一种基于数值仿真技术对环帆伞气动性能进行优化的方法。环帆伞气动性能包括阻力系数和稳定性。

背景技术

环帆伞因具有高可靠性的特点而被大量用于实现导弹、无人机等各种航天器的气动减速，其构型可用“开孔+环缝+帆”概括：伞衣顶部为顶孔，中上部为环缝结构，靠近裙边的其余部分为帆结构。顶孔、环缝和帆结构月牙缝为伞衣提供结构透气量，保证了系统的稳定性；帆结构在提高伞衣阻力效率的同时，提高了环帆伞的可靠性。由于环帆伞结构复杂、控制外形的参数较多，依据设计规范得到的设计结果具有一定的离散性，在气动性能上还有较大的优化空间。优化过程的闭环反馈需要性能评估环节，以往降落伞气动性能评估只能通过空投、风洞等实物试验方式实现，试验周期长、成本高，进行闭环优化比较困难，准确性低，操作复杂；现在急需一种优化方法，使得在不改变环帆伞整体构型的基础上优化环帆伞的气动性能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于数值仿真技术对环帆伞气动性能进行优化的方法，利用数值仿真计算结果对环帆伞的局部结构参数进行调整，在不改变环帆伞整体构型的基础上优化环帆伞的气动性能。

本发明的技术解决方案是：

一种环帆伞气动性能进行优化的方法，包括步骤如下：

(1)提取伞绳结点力时间历程曲线，从t＝0开始沿时间轴正方向查找第一个周期曲线段，该段曲线起始时刻估计值为t_std＝t_std0，时间长度估计值为T_f＝T_f0，取该段曲线的时间均值，记为取[t_std+T_f,t_std+2T_f]曲线段的时间均值，记为若

则认为当前t_std即是环帆伞进入稳态周期段的起始时刻且稳态周期段周期为T_f并进入步骤(2)，否则取T_f＝AT_f重复计算上式直至满足上式条件，若计算过程中若T_f值大于B倍T_f0，则重取T_f＝T_f0，并令t_std＝t_std+T_f，继续计算直至满足上式条件；

(2)若伞绳结点力时间历程曲线包括至少D个周期段，则进入步骤(3)，否则根据T_f延长足够的数值仿真时长重新进行数值仿真计算以满足要求，并进入步骤(3)；

(3)判断气动性能是否需要优化，若不需要优化，则进入步骤(9)，否则计算伞绳结点力来流方向分量在t＝[t_std,t_std+DT_f]区间内的时间均值与环帆伞中轴线在D个稳态周期内的最大摆角θ_max，并将换算为环帆伞的阻力系数C_D；

(4)获取环帆伞每环平均压差和有效投影面积；

(4a)根据每个梯形幅在伞衣幅上的不同位置，将环帆伞伞衣由顶部至裙边按梯形幅序号划分为不同的伞衣环；记每环伞衣片单元内外压差曲线在D个周期内的时间均值为ΔP_i,ele，则环帆伞每环平均压差ΔP_i为{ΔP_i,ele}的算术平均：

其中i为幅序号，取正整数，ele为单元序号，n_i为第i个伞衣环包含的伞衣片单元总数；

(4b)记每个伞衣片单元的面积矢量为S_ele、来流方向矢量为r_ele，则伞衣环在垂直来流方向平面内的有效投影面积S_i为：

S_i＝∑S_ele·r_ele；

(5)计算每环的有效压差ΔP_ei：

ΔP_ei＝ΔP_i×S_i；

(6)根据每环有效压差的不同调整环帆伞局部结构尺寸：

调整方式如下：