[发明专利]一种基于圆形混合翼伞的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于圆形混合翼伞的优化设计方法，具体包括选取基准翼型、计算翼伞特征参数、设计翼伞吊挂系统、选取主体圆伞并将主体圆伞与翼伞组合连接，最后对主体圆伞形状进行优化，完成基于圆形混合翼伞的优化设计。本发明把传统圆伞与翼伞结合在一起，将两者进行规划组合，并对其进行了优化，该方法所设计的圆形混合翼伞可控性高且滑翔性能优良，减速效果好，充分满足了航天器助推器回收过程中对伞系统的要求。

技术领域

本发明属于航天降落辅助设备技术领域，具体涉及一种基于圆形混合翼伞的优化设计方法。

背景技术

在航天器回收过程中，由于助推器或者一级火箭自身重量大，运动速度从马赫数大于1、在飞行高度为几千米的时候就要求降低飞行速度，因而产生的动压载荷很大，目前主要回收方式是采用多级伞系统进行回收。多级伞系统由引导伞、减速伞以及主伞等组成，减速伞为高强度圆形降落伞，其主要功能是高马赫数下减速和降高度，当下降速度到达亚音速的一定范围内，开启主伞，同时控制其运动方向，保障落点。主伞选择单一冲压式翼伞，由于回收物的重量太大，翼伞的面积非常大，面积太大又会导致开伞方式、切口模式，翼伞工作的初始阶段减速作用有限等一系列问题。采用圆伞或者组合圆伞，系统减速比较明显，但无法操控滑翔，难于保障落点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于圆形混合翼伞的优化设计方法，提高了减速效果同时增强了可控性。

本发明所采用的技术方案是，一种基于圆形混合翼伞的优化设计方法，具体包括以下步骤：

步骤1)选取翼伞的基准翼型为Clark-Y翼型，根据基准翼型确定翼伞的网络模型；

步骤2)将翼伞作为刚体，分别计算翼伞的伞衣面积、弦长、展长、弧面下反角和展向角，以完成翼伞伞衣结构设计，至此，翼伞设计完成；

步骤3)分别确定翼伞安装角和伞绳长度，以完成翼伞吊挂系统设计；

步骤4)选取C9圆形降落伞为原型并将尺寸缩小10倍作为主体圆伞，在主体圆伞两侧分别设置一个相互对称的设计完成的翼伞，得到圆形混合翼伞，圆形混合翼伞的伞衣结构以中心平面对称分布；

步骤5)将主体圆伞结构优化为飞艇艇体上半部结构，两侧翼伞结构不变，得到椭球形形混合翼伞，基于圆形混合翼伞的优化设计完成。

本发明的特点还在于，

步骤1)具体为，选取翼伞的基准翼型为Clark-Y翼型，选择翼型库中典型Clark-Y翼型的模型，改变翼型表面的节点个数，建立不同的网络模型，计算不同网络模型的仿真气动参数，仿真气动参数包括升力系数、升力系数误差率、阻力系数、阻力系数误差率，选择减去误差后升力系数最高且阻力系数最低的网络模型为翼伞的网络模型。

步骤2)中计算翼伞的伞衣面积具体为，

选择翼伞的抗风速度和滑翔比，根据滑翔比和抗风速度的交线获得以滑翔比为横轴、单位面积伞衣承重量为纵轴的翼伞下沉速度曲线，该下沉速度曲线上滑翔比对应的点的纵坐标即为单位面积的伞衣承重量M；

根据下式计算翼伞的伞衣面积A_s，

式(1)中，G_tot表示翼伞本身以及负载的质量，G_tot为设定值，A_s表示翼伞的伞衣面积。

步骤2)中计算翼伞的弦长和展长具体为，

确定翼伞的展弦λ比为3，且

式(2)中，b表示展长，c表示弦长，

又由于A_s＝bc (3)，