專利名稱：一種空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特指一種空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
空投裝備的氣囊緩沖系統(tǒng)是戰(zhàn)車空投系統(tǒng)的重要組成部分，是保證空投裝備從空中安全抵達(dá)地面的一種特殊裝備。若空投裝備在傘降系統(tǒng)減速后落地時(shí)直接接觸地面，瞬間沖擊過載將會(huì)損壞空投裝備內(nèi)部的儀器和機(jī)體結(jié)構(gòu)。氣囊緩沖系統(tǒng)通過緩沖措施，可以進(jìn)一步減輕空投裝備在落地瞬間所受到的沖擊，使空投裝備從接觸氣囊到完全靜止這段時(shí)間內(nèi)的過載，控制在許用過載范圍以內(nèi)，同時(shí)不出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，從而保護(hù)儀器設(shè)備及機(jī)體不受損壞。
因此，氣囊緩沖技術(shù)是著陸緩沖最主要的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于實(shí)際裝備氣囊緩沖系統(tǒng)試驗(yàn)危險(xiǎn)性大、成本高、組織協(xié)調(diào)及試驗(yàn)條件控制困難，難以大量進(jìn)行實(shí)際裝備氣囊緩沖系統(tǒng)試驗(yàn)。借助數(shù)值仿真能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量計(jì)算的特點(diǎn)，對氣囊緩沖過程進(jìn)行仿真，可以預(yù)測不同工作條件下氣囊緩沖系統(tǒng)的性能特征，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的評估、改進(jìn)、優(yōu)化和驗(yàn)收提供重要的依據(jù)。由于氣囊緩沖系統(tǒng)各參數(shù)對其緩沖特性的影響相互制約，每種新的應(yīng)用都要經(jīng)過試驗(yàn)設(shè)計(jì)或者通過投放平臺的反復(fù)試驗(yàn)來確定氣囊參數(shù)的合理性，不僅實(shí)驗(yàn)周期長、研制成本高，而且設(shè)計(jì)結(jié)果也不太理想。因此通過氣囊參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)方法對氣囊進(jìn)行初始設(shè)計(jì)，就能有效減少試驗(yàn)，提聞設(shè)計(jì)效率和成功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)方法，針對空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的前期開發(fā)設(shè)計(jì)階段，通過計(jì)算機(jī)的仿真計(jì)算和匹配設(shè)計(jì)的手段獲得氣囊緩沖系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，無需通過實(shí)際裝備氣囊緩沖系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，簡化了試驗(yàn)的手段，減少了試驗(yàn)的次數(shù)，大大降低了研發(fā)的成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)方法，該方法包括空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真計(jì)算和空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的參數(shù)匹配設(shè)計(jì)。所述空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真計(jì)算包括如下步驟
A.建立單氣室氣囊的解析模型將單氣室氣囊簡化為帶有排氣口的活塞汽缸，利用氣體熱力學(xué)基本理論推導(dǎo)出氣囊排氣口流量方程，在此基礎(chǔ)上建立了單氣室氣囊的解析模型；
B.建立雙氣室氣囊的解析模型所述雙氣室氣囊包括主氣囊和輔氣囊，主氣囊與輔氣囊相互連通；先推導(dǎo)出主氣囊排氣口流量方程和輔氣囊排氣口流量方程，再利用輔氣囊內(nèi)氣體質(zhì)量等于主氣囊排入輔氣囊的空氣的質(zhì)量與輔氣囊向大氣排出空氣的質(zhì)量之差的關(guān)系，建立雙氣室氣囊的解析模型；C.通過計(jì)算機(jī)建立單氣室氣囊和雙氣室氣囊的仿真模型；
D.計(jì)算機(jī)分別獲得單氣室氣囊和雙氣室氣囊的仿真模型的輸入?yún)?shù)，所述單氣室氣囊的仿真模型的輸入?yún)?shù)包括氣囊底面積、氣囊高度、著陸初速度、排氣口面積、外界溫度、初始壓強(qiáng)和載荷質(zhì)量，所述雙氣室氣囊的仿真模型的輸入?yún)?shù)包括氣囊底面積、氣囊高度、著陸初速度、主氣囊排氣口面積、輔氣囊排氣口面積、外界溫度、初始壓強(qiáng)、載荷質(zhì)量、輔氣囊體積與主氣囊體積之比；
E.計(jì)算機(jī)分別對單氣室氣囊及雙氣室氣囊的仿真模型進(jìn)行求解，得到空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的緩沖特性曲線及空投裝備的最大加速度和著陸末速度；
所述空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的參數(shù)匹配設(shè)計(jì)包括如下步驟
A.建立單氣室氣囊的無量綱解析模型；
B.通過計(jì)算機(jī)建立單氣室氣囊的無量綱仿真模型；
C.根據(jù)設(shè)計(jì)要求，計(jì)算機(jī)獲得無量綱仿真模型的輸入?yún)?shù)，所述輸入?yún)?shù)包括載荷質(zhì)量、最大加速度、著陸初速度、最大著陸末速度及氣囊底面積；
D.計(jì)算機(jī)對無量綱仿真模型進(jìn)行求解，得到氣囊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。作為優(yōu)選，所述排氣口流量方程為
權(quán)利要求
1.一種空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法包括空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真計(jì)算和空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的參數(shù)匹配設(shè)計(jì)； 所述空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真計(jì)算包括如下步驟 A.建立單氣室氣囊的解析模型將單氣室氣囊簡化為帶有排氣口的活塞汽缸，利用氣體熱力學(xué)基本理論推導(dǎo)出氣囊的排氣口流量方程，在此基礎(chǔ)上建立了單氣室氣囊的解析模型； B.建立雙氣室氣囊的解析模型所述雙氣室氣囊包括主氣囊和輔氣囊，主氣囊與輔氣囊相互連通；先推導(dǎo)出主氣囊的排氣口流量方程和輔氣囊的排氣口流量方程，再利用輔氣囊內(nèi)氣體質(zhì)量等于主氣囊排入輔氣囊的空氣的質(zhì)量與輔氣囊向大氣排出空氣的質(zhì)量之差的關(guān)系，建立雙氣室氣囊的解析模型； C.通過計(jì)算機(jī)建立單氣室氣囊和雙氣室氣囊的仿真模型； D.計(jì)算機(jī)分別獲得單氣室氣囊和雙氣室氣囊的仿真模型的輸入?yún)?shù)，所述單氣室氣囊的仿真模型的輸入?yún)?shù)包括氣囊底面積、氣囊高度、著陸初速度、排氣口面積、外界溫度、初始壓強(qiáng)和載荷質(zhì)量，所述雙氣室氣囊的仿真模型的輸入?yún)?shù)包括氣囊底面積、氣囊高度、著陸初速度、主氣囊排氣口面積、輔氣囊排氣口面積、外界溫度、初始壓強(qiáng)、載荷質(zhì)量、輔氣囊體積與主氣囊體積之比； E.計(jì)算機(jī)分別對單氣室氣囊及雙氣室氣囊的仿真模型進(jìn)行求解，得到空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的緩沖特性曲線及空投裝備的最大加速度和最大著陸末速度； 所述空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的參數(shù)匹配設(shè)計(jì)包括如下步驟 A.建立單氣室氣囊的無量綱解析模型； B.通過計(jì)算機(jī)建立單氣室氣囊的無量綱仿真模型； C.根據(jù)設(shè)計(jì)要求，計(jì)算機(jī)獲得無量綱仿真模型的輸入?yún)?shù)，所述輸入?yún)?shù)包括載荷質(zhì)量、最大加速度、著陸初速度、最大著陸末速度及氣囊底面積； D.計(jì)算機(jī)對無量綱仿真模型進(jìn)行求解，得到氣囊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括排氣口面積和氣囊高度； E.計(jì)算機(jī)對結(jié)構(gòu)參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述排氣口流量方程為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的參數(shù)匹配設(shè)計(jì)中的氣囊的無量綱解析模型為
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述計(jì)算機(jī)為設(shè)置有MATLAB軟件的計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特指一種空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)方法，該方法包括空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的仿真計(jì)算和空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的參數(shù)匹配設(shè)計(jì)，不僅可以應(yīng)用于空投裝備氣囊緩沖系統(tǒng)的前期開發(fā)設(shè)計(jì)階段，通過計(jì)算機(jī)的仿真計(jì)算和匹配設(shè)計(jì)的手段獲得氣囊緩沖系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，無需通過實(shí)際裝備氣囊緩沖系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，簡化了試驗(yàn)的手段，減少了試驗(yàn)的次數(shù)，降低了研發(fā)的成本；還可以應(yīng)用于已有氣囊緩沖系統(tǒng)，對已有氣囊緩沖系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，為空投裝備及氣囊緩沖系統(tǒng)的可靠性評估提供重要的數(shù)據(jù)。
文檔編號G06F17/50GK102799726SQ201210240690
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者王紅巖, 芮強(qiáng), 牛四波, 呂哲源, 郝貴祥, 洪煌杰, 李建陽, 陳鵬 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院