CN112395697A - 一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法 - Google Patents

Abstract

一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，属于航空航天气动减速技术领域。本发明包括：首先对降落伞绳带进行静态拉伸试验，获取绳带的断裂伸长率和该长度下刚度，然后进行降落伞绳带的冲坠试验，根据降落伞绳带的应用条件和断裂伸长率，选取合适的配重和抬高高度，由拉力传感器记录降落伞绳带在振动过程中载荷的变化曲线，根据载荷曲线衰减平均值，得到衰减周期。由冲坠试验降落伞绳带长度及静态拉伸试验绳带长度及刚度，计算得到冲坠试验中绳带的刚度。结合载荷衰减周期及绳带的刚度，获取绳带的阻尼系数。

Description

一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法

技术领域

本发明涉及一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，属于航空航天气动减速技术领域。

背景技术

在航空航天领域，降落伞是一种气动减速和稳定的装置。降落伞由伞衣、径向带、伞绳、连接带、吊带等组成。工作前包装在伞包内，经过拉直及充气过程产生气动阻力，气动阻力由伞衣传导至径向带、伞绳、连接带及吊带，最后传递给回收舱，实现回收舱的姿态稳定或减速功能。在降落伞刚充满时，气动阻力迅速增加，降落伞和回收舱发生震荡，震荡过程不仅降落伞与回收舱的姿态发生变化，降落伞绳带中的载荷也产生明显变化，这均与降落伞绳带的刚度和阻尼系数紧密相关，降落伞开伞后，如遇到风场干扰，降落伞及回收舱的姿态也会发生变化，为了获取各种条件下降落伞及回收舱的姿态响应和降落伞绳带的载荷响应，必须准确的获取降落伞绳带的阻尼系数。

另外，在其它应用绳带结构而且对绳带载荷敏感的领域，同样需要获取绳带的阻尼系数。

柔性绳带不同刚性结构，其只能承受拉力，在柔性绳带的振动过程中，只有绳带伸长时才满足粘性阻尼系统的自由振动规律。

目前柔性绳带的阻尼系数一般通过经验估算、仿真计算、试验法得到。其中，经验估算时，一般取为绳带刚度的常数倍，估算值误差较大，需要进一步验证。在仿真计算中，难以对降落伞绳带进行高精度微观结构的建模分析，计算结果可信度不高。目前有学者使用位移试验法，将绳带绷紧后，施加激励，根据摄像机记录的绳带振动位移计算其阻尼系数，该方法中需要高速高分辨率摄像机，而且需要手动从图像中识别绳带的位置，计算过程较为复杂，误差较大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，通过对降落伞绳带进行冲坠试验，获取冲坠过程中绳带载荷的衰减周期，结合绳带载荷的衰减周期和刚度，得到降落伞绳带阻尼的计算方法。

本发明的技术解决方案是：一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，包括如下步骤：

通过降落伞绳带静态拉伸试验，获取静态拉伸试验降落伞绳带的试验长度、断裂伸长率和刚度；

选定合适的配重和抬高高度，进行降落伞绳带的冲坠试验，获取绳带振动过程中的载荷衰减周期；

根据冲坠试验中降落伞绳带的长度，计算得到进行冲坠试验降落伞绳带的刚度；

根据单自由度粘性阻尼系统自由振动的运动方程，结合降落伞绳带的刚度和载荷衰减周期，得到降落伞绳带的阻尼系数。

进一步地，所述进行在降落伞绳带的冲坠试验包括如下步骤：

选取质量为m₁的配重，降降落伞绳带一端固定，另一端连接配重；

将配重抬高至高度h₁；高度h₁为释放配重后，降落伞绳带自由下落直至开始受力时的距离；

释放配重，使用拉力传感器记录绳带载荷变化曲线，从绳带载荷变化曲线中读取N个载荷波峰时间宽度分别为t₁、t₂、……t_N，其中N大于3。

进一步地，通过调整配重质量和抬高高度使得冲坠试验载荷与绳带使用条件载荷一致：降落伞绳带的最大冲坠载荷为F₁＝2m₁g[h₁/(l₁ε₀)+1]；其中，m₁为配重质量，g为重力加速度，h₁为释放配重后降落伞绳带自由下落直至开始受力时的距离，l₁为降落伞绳带长度，ε₀为降落伞绳带断裂伸长率。

进一步地，所述配重质量和抬高高度满足：2m₁g(h₁+l₁ε₀)<F₀×l₁ε₀；其中，F₀为降落伞绳带断裂强度。

进一步地，所述进行冲坠试验降落伞绳带的刚度为k₁＝k₀×l₀/l₁；其中，k₀为静态拉伸试验降落伞绳带的刚度，l₀为降落伞绳带的试验长度，l₁为降落伞绳带长度。

进一步地，所述降落伞绳带的阻尼系数为

其中，k₀为静态拉伸试验降落伞绳带的刚度，l₀为降落伞绳带的试验长度，l₁为降落伞绳带长度，m为配重和绳带的总质量，π为圆周率。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明方法通过绳带的载荷衰减周期和绳带刚度计算阻尼系数，载荷衰减周期和绳带刚度可以通过冲坠试验和静态拉伸试验准确获取，而且试验简单容易实施。

2)在计算降落伞绳带刚度时，考虑静态拉伸试验和冲坠试验中绳带长度不同对刚度的影响。在计算绳带的衰减周期时，采用拉力传感器直接测量冲坠过程中绳带的载荷变化，拉力传感器的精度很高，并且考虑了振动过程中绳带不伸长时，绳带运动不再满足粘性阻尼系统自由运动规律，只选取绳带伸长时时间来计算绳带的载荷衰减周期。

3)由于降落伞绳带在不同载荷条件下刚度或阻尼特性可能发生变化，在冲坠试验中，可根据降落伞绳的应用条件，通过调节配重质量和抬高高度，获取不同载荷下降落伞绳带的阻尼特性。该方法应用范围更广且准确。

附图说明

图1为本发明步骤流程图；

图2为本发明降落伞冲坠试验过程示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1和图2所示)：

步骤一，先通过降落伞绳带静态拉伸试验，获取特定长度绳带的断裂伸长率和刚度。

具体的，对降落伞绳带进行静态拉伸试验，直到绳带断裂，获取绳带的试验长度l₀，断裂伸长率ε₀，断裂强度F₀和刚度k₀。

步骤二，进行在降落伞绳带的冲坠试验，如图2，冲坠试验过程中配重和配重抬升高度由需要产生的最大载荷决定，一般假设配重的重力势能完全转化为降落伞绳带的弹性势能，从而估算冲坠试验绳带的最大载荷。由拉力传感器获取冲坠过程的载荷的变化曲线，从载荷变化曲线中可以准确获取在绳带振动过程中载荷衰减周期。

具体的，包括如下步骤：

选取合适的配重质量m₁及配重的抬高高度h₁(释放配重后，绳带自由下落直至开始受力时的距离)。

进一步，在一种可能实现的方式中，配重质量和抬高高度满足：2m₁g(h₁+l₁ε₀)<F₀×l₁ε₀。

在一种可能实现的方式中，冲坠过程绳带载荷可用公式F₁＝2m₁g[h₁/(l₁ε₀)+1]估算，尽量保证冲坠的载荷与降落伞绳带应用载荷接近。m₁为配重质量，g为重力加速度，h₁为释放配重后绳带自由下落直至开始受力时的距离，l₁为降落伞绳带长度，ε₀为降落伞绳带断裂伸长率。

进一步，根据拉力传感器记录的绳带载荷变化曲线，从曲线中读取N个载荷波峰时间分别为：t₁、t₂、……t_N，其中N一般大于3。

可选的，计算降落伞绳带载荷平均衰减周期

步骤三，根据冲坠试验中降落伞绳带的长度，计算得到该长度下绳带的刚度。

具体的，冲坠试验绳带长度为l₁，根据虎克定理，可得到进行冲坠试验绳带的刚度为k₁＝k₀×l₀/l₁。

步骤四，由于阻尼系统的载荷衰减周期由系统的质量、刚度、阻尼特性决定，根据单自由度粘性阻尼系统自由振动的运动方程，结合降落伞绳带的刚度和载荷衰减周期，继而得到降落伞的阻尼系数。

在一种可能实现的方式中，根据单自由度阻尼系统自由振动的周期公式

得到系统阻尼系数表达式

其中

c为绳带的阻尼系数，m为配重和绳带的总质量，k为绳带的刚度；

进一步，将降落伞绳带的刚度，配重质量，载荷衰减周期代入，得到降落伞绳带的阻尼系数计算公式：

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过降落伞绳带静态拉伸试验，获取静态拉伸试验降落伞绳带的试验长度、断裂伸长率和刚度；

选定合适的配重和抬高高度，进行降落伞绳带的冲坠试验，获取绳带振动过程中的载荷衰减周期；

根据冲坠试验中降落伞绳带的长度，计算得到进行冲坠试验降落伞绳带的刚度；

根据单自由度粘性阻尼系统自由振动的运动方程，结合降落伞绳带的刚度和载荷衰减周期，得到降落伞绳带的阻尼系数。

2.根据权利要求1所述的一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，其特征在于，所述进行在降落伞绳带的冲坠试验包括如下步骤：

选取质量为m₁的配重，降降落伞绳带一端固定，另一端连接配重；

将配重抬高至高度h₁；高度h₁为释放配重后，降落伞绳带自由下落直至开始受力时的距离；

释放配重，使用拉力传感器记录绳带载荷变化曲线，从绳带载荷变化曲线中读取N个载荷波峰时间宽度分别为t₁、t₂、……t_N，其中N大于3。

3.根据权利要求2所述的一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，其特征在于，通过调整配重质量和抬高高度使得冲坠试验载荷与绳带使用条件载荷一致：降落伞绳带的最大冲坠载荷为F₁＝2m₁g[h₁/(l₁ε₀)+1]；其中，m₁为配重质量，g为重力加速度，h₁为释放配重后降落伞绳带自由下落直至开始受力时的距离，l₁为降落伞绳带长度，ε₀为降落伞绳带断裂伸长率。

4.根据权利要求3所述的一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，其特征在于：所述配重质量和抬高高度满足：2m₁g(h₁+l₁ε₀)<F₀×l₁ε₀；其中，F₀为降落伞绳带断裂强度。

5.根据权利要求1所述的一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，其特征在于：所述进行冲坠试验降落伞绳带的刚度为k₁＝k₀×l₀/l₁；其中，k₀为静态拉伸试验降落伞绳带的刚度，l₀为降落伞绳带的试验长度，l₁为降落伞绳带长度。

6.根据权利要求1所述的一种降落伞柔性绳带阻尼系数的获取方法，其特征在于：所述降落伞绳带的阻尼系数为

其中，k₀为静态拉伸试验降落伞绳带的刚度，l₀为降落伞绳带的试验长度，l₁为降落伞绳带长度，m为配重和绳带的总质量，π为圆周率。

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