【摘要】：針對(duì)一種新型分離式飛行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng),將應(yīng)急數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備作為被緩沖對(duì)象,采用理論分析和數(shù)值模擬的方法開展了對(duì)于緩沖氣囊的設(shè)計(jì)與優(yōu)化工作。通過對(duì)單氣室緩沖氣囊墜地過程的理論分析,建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,討論了有無排氣孔和排氣孔面積對(duì)于單氣室氣囊緩沖性能的影響。結(jié)果表明:若排氣孔面積過大,氣囊釋能過快,結(jié)構(gòu)體著陸速度較大;若排氣孔面積過小或無排氣孔,氣囊回彈明顯且結(jié)構(gòu)體沖擊過載較大。通過對(duì)于多氣室氣囊的墜地和墜水過程的數(shù)值模擬,研究了在不同墜落環(huán)境和姿態(tài)下的氣囊緩沖過程,明確了設(shè)計(jì)外形尺寸下氣囊的緩沖特性,并討論了氣室排布方式和氣瓶充氣量對(duì)于氣囊緩沖性能的影響。結(jié)果表明:氣室分布數(shù)和充氣量的變化均會(huì)改變電子設(shè)備的沖擊過載。所給出的0.070kg充氣量下四氣室封閉式氣囊設(shè)計(jì)方案適用于初始系統(tǒng)姿態(tài)角度30~90°的氣囊緩沖系統(tǒng)工作范圍�；贗SIGHT優(yōu)化平臺(tái),以降低電子設(shè)備過載峰值為優(yōu)化目標(biāo),以多氣室氣囊設(shè)計(jì)方案為模型參照,應(yīng)用全局優(yōu)化算法和近似模型方法在給定的氣囊外形參數(shù)變化范圍內(nèi)尋得最優(yōu)外形尺寸。通過對(duì)于組合式氣囊墜地過程的數(shù)值模擬,研究了不同排氣孔形式下組合式氣囊的緩沖性能,以及不同初始?jí)嬄渥藨B(tài)下的氣囊緩沖過程,并給出了總排氣面積0.002m~2,四排氣孔均布外囊周側(cè)的組合式氣囊設(shè)計(jì)方案。通過比對(duì)優(yōu)化后和初始的數(shù)值計(jì)算結(jié)果,說明上述兩種氣囊設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化效果顯著。該研究可為輕小型設(shè)備緩沖氣囊的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。
【圖文】：

圖 1. 1 著陸緩沖設(shè)備的分類作為主要的著陸緩沖技術(shù)，緩沖氣囊已被廣泛應(yīng)用于設(shè)備空投[2-4]、航空航天器的著陸收[5,6]等領(lǐng)域。氣囊在保證加工效率和控制生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)良好的工作性能，且重量輕、體積小、易折疊等優(yōu)點(diǎn)[7]，在實(shí)際的緩沖應(yīng)用過程中可有效降低投放物的沖擊載20 世紀(jì) 50 年代開始，人們對(duì)于排氣式氣囊形成原理上的具體認(rèn)知；到 20 世紀(jì) 60 年代，直升機(jī)機(jī)動(dòng)性和可靠性等優(yōu)勢(shì)，直升機(jī)空中回收系統(tǒng)被作為一種高效、靈活的回收技術(shù)而[8]

1.1 緩沖氣囊的分類根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的差異和緩沖機(jī)理的不同，緩沖氣囊包含如下幾種類型[9]：封閉式氣囊封閉式氣囊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，在著陸緩沖系統(tǒng)中的應(yīng)用廣泛。由于該類氣囊不設(shè)置排氣在氣囊與被緩沖結(jié)構(gòu)體接觸和著陸過程中，通過氣囊內(nèi)部氣體的壓縮、氣囊與著陸面擦和氣囊反復(fù)回彈的途徑來消耗能量。NASA 在 1997 年發(fā)射的“火星探路者”[10-12]和 射的“勇氣號(hào)”火星探測(cè)器[12]均采用了封閉式氣囊緩沖系統(tǒng)，如圖 1. 2 所示，多氣囊朝展開，以確保其對(duì)于中心位置探測(cè)器的緩沖和保護(hù)。從實(shí)際的應(yīng)用中，我們可發(fā)現(xiàn)封由于其對(duì)于接觸載荷方向的不敏感，在應(yīng)對(duì)火星表面這類地形陡峭崎嶇的地帶較為實(shí)效減少著陸沖擊時(shí)的最大加速度。然而，，由于封閉式氣囊耗能方式的局限，該類氣囊的缺點(diǎn)：在多次彈跳和翻滾后系統(tǒng)位置變化明顯，被緩沖結(jié)構(gòu)體的最終姿態(tài)不確定；沖效果，密閉式氣囊的設(shè)計(jì)體積一般較大，結(jié)構(gòu)體著陸后若要進(jìn)行氣囊分離，額外的會(huì)增加整個(gè)著陸緩沖系統(tǒng)的復(fù)雜程度；考慮到系統(tǒng)著陸后氣囊彈跳和翻滾可能導(dǎo)致囊和撕裂，部分氣囊還需要附加保護(hù)層，則增加重量以及提出額外的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V244

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2647250