CN111157369A - 一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，属于航空航气动减速领域；步骤一、将注入细沙的降落伞倒置吊挂在龙门架下方；步骤二、将降落伞提升至距地面高度h₁位置；步骤三、测量在伞绳破坏时刻降落伞距离地面高度和速度；步骤四、计算降落伞冲坠前的总势能；步骤五、计算降落伞的剩余动能；步骤六、计算连接件冲坠后的伸长量；步骤七、计算每根伞绳冲坠后的伸长量；步骤八、计算单个加强带冲坠后的伸长量；步骤九、计算各连接件吸收的能量和吸收的总能量；步骤十、计算连接件的最大载荷F₁；本发明通过配重重量和抬高高度计算降落伞冲坠总势量，计算冲坠后剩余动能，最后根据试验降落伞的主要承力零件的长度及断裂参数。

Description

一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法

技术领域

本发明属于航空航气动减速领域，涉及一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法。

背景技术

在航空航天领域，降落伞是一种通过形成阻力面积进行气动减速和稳定的装置。降落伞的是由柔软透气的特纺材料制成，工作前包装在伞包内，经由伞绳和伞衣拉直、伞衣充气后形成阻力面积，在伞衣充气过程降落伞所受气动载荷迅速增大，因此降落伞必须有足够的强度，保证降落伞开伞过程的不被破坏。

目前降落伞的强度一般通过理论计算、冲坠试验、空投试验得到。其中，理论计算时，由于难以在计算过程考虑各绳带实际的打结或者缝纫连接，计算结果仍需要试验进一步验证。对于空投试验，其实现过程周期较长，人员及经费代价很大。在冲坠试验中，多采用注沙法，但是在目前常用的计算载荷方法中，一方面没有考虑冲坠后(降落伞破坏时)降落伞及配重的剩余动能，并且只考虑了降落伞伞绳，忽略了其它连接零件在冲坠过程吸收的能量；另一方面，在计算冲坠载荷时，使用的是各绳带的刚度，但一般难以获得不同长度下绳带的刚度值。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，通过降落伞冲坠试验过程中配重重量和抬高高度计算冲坠总势量，又由高速摄像测量冲坠完成后降落伞的速度，得到冲坠后剩余动能，最后根据试验降落伞的主要承力零件的长度及断裂参数。

本发明解决技术的方案是：

一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，包括如下步骤：

步骤一、将连接件的底端与降落伞的n根伞绳连接；连接件的顶端与龙门架固连；实现降落伞倒置吊挂在龙门架下方；并在降落伞的伞衣中注入细沙；测量装沙后的降落伞质量为m₀；n为正整数；且n≥8；伞衣上沿径向发散缝制n个加强带；每个加强带对应与1根伞绳对接；

步骤二、通过提起连接件将降落伞提升至距地面高度h₁位置；

步骤三、松开连接件，释放将降落伞，降落伞冲坠运动，直至伞绳破坏；测量在伞绳破坏时刻降落伞距离地面高度h₂和降落伞的速度v₂；

步骤四、计算降落伞冲坠前的总势能E₁；

步骤五、计算伞绳破坏时刻，降落伞的剩余动能E₂；

步骤六、设定冲坠过程中连接件的最大载荷为F₁；F₁为未知量；计算连接件冲坠后的伸长量Δx₁；

步骤七、设定冲坠过程中每根伞绳最大载荷为F₂；F₂为未知量；计算每根伞绳冲坠后的伸长量Δx₂；确定F₁与F₂的转化关系；

步骤八、设定冲坠过程中每个加强带最大载荷为F₃；F₃为未知量；计算单个加强带冲坠后的伸长量Δx₃；确定F₁与F₃的转化关系；

步骤九、计算冲坠过程中，连接件吸收的能量ΔE₁、伞绳吸收的能量ΔE₂、加强带吸收的能量ΔE₃、计算降落伞在冲坠过程中吸收的总能量ΔE；

步骤十、根据能量守恒定律，计算冲坠过程中连接件的最大载荷F₁。

在上述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，所述步骤三中，通过高速摄像拍摄降落伞冲坠过程，通过摄像识别测量降落伞距离地面高度h₂和降落伞的速度v₂。

在上述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，所述步骤四中，降落伞冲坠前的总势能E₁的计算方法为：

E₁＝m₀g×(h₁-h₂) (1)

式中，g为重力加速度。

在上述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，所述步骤五中，剩余动能E₂的计算方法为：

在上述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，所述步骤六中，伸长量Δx₁的计算方法为：

式中，P₁为连接件断裂强度；

l₁为连接件长度；

δ₁为连接件断裂伸长率δ₁。

在上述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，所述步骤七中，每根伞绳冲坠后伸长量Δx₂的计算方法为：

式中，P₂为单根伞绳断裂强度；

l₂为单根伞绳长度；

δ₂为单根伞绳断裂伸长率；

F₁与F₂的转化关系为：

式中，α为伞绳与竖直方向夹角。

在上述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，所述步骤八中，单个加强带冲坠后伸长量Δx₃的计算方法为：

式中，P₃为单个加强带断裂强度；

l₃为单个加强带长度；

δ₃为单个加强带断裂伸长率；

每个加强带分别与对应的伞绳连接，则

在上述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，所述步骤九中，连接件吸收的能量ΔE₁的计算方法为：

伞绳吸收的能量ΔE₂的计算方法为：

加强带吸收的能量ΔE₃的计算方法为：

降落伞在冲坠过程中吸收的总能量ΔE为：

ΔE＝ΔE₁+ΔE₂+ΔE₃ (8)。

在上述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，所述步骤十中，根据能量守恒，可得ΔE＝E₁-E₂；

联立公式(1)至公式(8)，即可得到：

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明在计算冲坠总势能部分，由于是由高速摄像分别测量降落伞释放前，降落伞破坏时降落伞的高度，考虑了由于配重抬高和降落伞伞绳、降落伞径向带及连接件伸长带来的重力势能，计算总能量更加准确；

(2)本发明采用高速摄像测量降落伞冲坠后的运动速度，可以准确的计算降落伞冲坠后的剩余动能。在计算冲坠载荷时，对整个连接系统的所有吸能单元进行计算，包括降落伞径向带、降落伞伞绳、连接件，并且，在计算绳带吸能过程，并没有采用刚度，而是采用断裂伸长率，由于不同长度绳带的断裂长度率基本不变，可避免采用刚度带的计算误差，最后可较为准确的得到降落伞冲坠试验的载荷；

(3)本发明虑了冲坠后降落伞的剩余动能，可从理论消除采用能量守恒带来的计算误差，并且采用了断裂伸长率计算绳带吸收能量，使计算方法并不依赖不同长度下各绳带的刚度，只需要获取绳带的断裂伸长率及断裂强度，而断裂伸长率及断裂强度一般不随着绳带长度变化。该方法更加通用且准确。

附图说明

图1为本发明降落伞倒置吊挂示意图；

图2为本发明降落伞提升示意图；

图3为本发明伞绳破坏示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供一种一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，通过对降落伞冲坠试验前总势能的计算，结合冲坠后降落伞及配重的速度，计算其剩余动能，并且考虑整个降落伞及连接件伸长过程吸收能量，然后推导得到降落伞冲坠试验的强度计算方法。

降落伞冲坠试验的载荷获取方法，主要包括如下步骤：

步骤一、将连接件2的底端与降落伞的n根伞绳3连接；连接件2的顶端与龙门架1固连；实现降落伞倒置吊挂在龙门架1下方；如图1所示，并在降落伞的伞衣4中注入细沙；测量装沙后的降落伞质量为m₀；n为正整数；且n≥8；伞衣4上沿径向发散缝制n个加强带5；每个加强带5对应与1根伞绳3对接。

步骤二、通过提起连接件2将降落伞提升至距地面高度h₁位置；如图2所示。

步骤三、松开连接件2，释放将降落伞，降落伞冲坠运动，直至伞绳3破坏；如图3所示。通过高速摄像拍摄降落伞冲坠过程，通过摄像识别测量降落伞距离地面高度h₂和降落伞的速度v₂。

步骤四、计算降落伞冲坠前的总势能E₁；降落伞冲坠前的总势能E₁的计算方法为：

E₁＝m₀g×(h₁-h₂) (1)

式中，g为重力加速度。

步骤五、计算伞绳3破坏时刻，降落伞的剩余动能E₂；剩余动能E₂的计算方法为：

步骤六、设定冲坠过程中连接件2的最大载荷为F₁；F₁为未知量；计算连接件2冲坠后的伸长量Δx₁；伸长量Δx₁的计算方法为：

式中，P₁为连接件2断裂强度；

l₁为连接件2长度；

δ₁为连接件2断裂伸长率δ₁。

步骤七、设定冲坠过程中每根伞绳3最大载荷为F₂；F₂为未知量；计算每根伞绳3冲坠后的伸长量Δx₂；确定F₁与F₂的转化关系；

每根伞绳3冲坠后伸长量Δx₂的计算方法为：

式中，P₂为单根伞绳3断裂强度；

l₂为单根伞绳3长度；

δ₂为单根伞绳3断裂伸长率；

F₁与F₂的转化关系为：

式中，α为伞绳3与竖直方向夹角。

步骤八、设定冲坠过程中每个加强带5最大载荷为F₃；F₃为未知量；计算单个加强带5冲坠后的伸长量Δx₃；确定F₁与F₃的转化关系；

单个加强带5冲坠后伸长量Δx₃的计算方法为：

式中，P₃为单个加强带5断裂强度；

l₃为单个加强带5长度；

δ₃为单个加强带5断裂伸长率；

每个加强带5分别与对应的伞绳3连接，则

步骤九、计算冲坠过程中，连接件2吸收的能量ΔE₁、伞绳3吸收的能量ΔE₂、加强带5吸收的能量ΔE₃、计算降落伞在冲坠过程中吸收的总能量ΔE；连接件2吸收的能量ΔE₁的计算方法为：

伞绳3吸收的能量ΔE₂的计算方法为：

加强带5吸收的能量ΔE₃的计算方法为：

降落伞在冲坠过程中吸收的总能量ΔE为：

ΔE＝ΔE₁+ΔE₂+ΔE₃ (8)。

步骤十、根据能量守恒定律，计算冲坠过程中连接件2的最大载荷F₁。

根据能量守恒，可得ΔE＝E₁-E₂；

联立公式(1)至公式(8)，即可得到：

本发明首先将降落伞连接在龙门架上，在降落伞伞衣4内均匀注入细沙，然后将降落伞提升至指定高度，用高速摄像拍摄整个冲坠过程，根据高速摄像拍摄降落伞位置参数，计算出降落伞冲坠前的总势能，再根据高速摄像拍摄的降落伞伞绳3冲坠断裂时的速度参数，计算冲坠后的剩余动能。再由降落伞尺寸参数，连接件长度，降落伞加强带5、伞绳3、连接件2的断裂强度，断裂伸长率，计算降落伞及连接件2冲坠过程吸收的能量，最后由能量守恒，可以求出降落伞冲坠试验过程的载荷。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将连接件(2)的底端与降落伞的n根伞绳(3)连接；连接件(2)的顶端与龙门架(1)固连；实现降落伞倒置吊挂在龙门架(1)下方；并在降落伞的伞衣(4)中注入细沙；测量装沙后的降落伞质量为m₀；n为正整数；且n≥8；伞衣(4)上沿径向发散缝制n个加强带(5)；每个加强带(5)对应与1根伞绳(3)对接；

步骤二、通过提起连接件(2)将降落伞提升至距地面高度h₁位置；

步骤三、松开连接件(2)，释放将降落伞，降落伞冲坠运动，直至伞绳(3)破坏；测量在伞绳(3)破坏时刻降落伞距离地面高度h₂和降落伞的速度v₂；

步骤四、计算降落伞冲坠前的总势能E₁；

步骤五、计算伞绳(3)破坏时刻，降落伞的剩余动能E₂；

步骤六、设定冲坠过程中连接件(2)的最大载荷为F₁；F₁为未知量；计算连接件(2)冲坠后的伸长量Δx₁；

步骤七、设定冲坠过程中每根伞绳(3)最大载荷为F₂；F₂为未知量；计算每根伞绳(3)冲坠后的伸长量Δx₂；确定F₁与F₂的转化关系；

步骤八、设定冲坠过程中每个加强带(5)最大载荷为F₃；F₃为未知量；计算单个加强带(5)冲坠后的伸长量Δx₃；确定F₁与F₃的转化关系；

步骤九、计算冲坠过程中，连接件(2)吸收的能量ΔE₁、伞绳(3)吸收的能量ΔE₂、加强带(5)吸收的能量ΔE₃、计算降落伞在冲坠过程中吸收的总能量ΔE；

步骤十、根据能量守恒定律，计算冲坠过程中连接件(2)的最大载荷F₁。

2.根据权利要求1所述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，其特征在于：所述步骤三中，通过高速摄像拍摄降落伞冲坠过程，通过摄像识别测量降落伞距离地面高度h₂和降落伞的速度v₂。

3.根据权利要求2所述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，其特征在于：所述步骤四中，降落伞冲坠前的总势能E₁的计算方法为：

E₁＝m₀g×(h₁-h₂) (1)

式中，g为重力加速度。

4.根据权利要求3所述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，其特征在于：所述步骤五中，剩余动能E₂的计算方法为：

5.根据权利要求4所述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，其特征在于：所述步骤六中，伸长量Δx₁的计算方法为：

式中，P₁为连接件(2)断裂强度；

l₁为连接件(2)长度；

δ₁为连接件(2)断裂伸长率δ₁。

6.根据权利要求5所述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，其特征在于：所述步骤七中，每根伞绳(3)冲坠后伸长量Δx₂的计算方法为：

式中，P₂为单根伞绳(3)断裂强度；

l₂为单根伞绳(3)长度；

δ₂为单根伞绳(3)断裂伸长率；

F₁与F₂的转化关系为：

式中，α为伞绳(3)与竖直方向夹角。

7.根据权利要求6所述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，其特征在于：所述步骤八中，单个加强带(5)冲坠后伸长量Δx₃的计算方法为：

式中，P₃为单个加强带(5)断裂强度；

l₃为单个加强带(5)长度；

δ₃为单个加强带(5)断裂伸长率；

每个加强带(5)分别与对应的伞绳(3)连接，则

8.根据权利要求7所述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，其特征在于：所述步骤九中，连接件(2)吸收的能量ΔE₁的计算方法为：

伞绳(3)吸收的能量ΔE₂的计算方法为：

加强带(5)吸收的能量ΔE₃的计算方法为：

降落伞在冲坠过程中吸收的总能量ΔE为：

ΔE＝ΔE₁+ΔE₂+ΔE₃ (8)。

9.根据权利要求8所述的一种降落伞冲坠试验的载荷获取方法，其特征在于：所述步骤十中，根据能量守恒，可得ΔE＝E₁-E₂；

联立公式(1)至公式(8)，即可得到：

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