航天器降落傘減速系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)
本書系統(tǒng)論述了航天器降落傘減速系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)、動(dòng)力學(xué)理論、半實(shí)物仿真技術(shù)及試驗(yàn)方法，包含了作者科研過程中的許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論成果。全書共11章，第1～2章主要闡述了航天器降落傘減速著陸技術(shù)發(fā)展概況，動(dòng)力學(xué)建模與仿真研究現(xiàn)狀，降落傘的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、開傘過程及充氣性能等基礎(chǔ)知識(shí)；第3～9章詳細(xì)論述了航天器降落傘減速系統(tǒng)相關(guān)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模、彈射分離動(dòng)力學(xué)建模、拉直充氣動(dòng)力學(xué)建模、參數(shù)辨識(shí)方法、試驗(yàn)光測圖像分析方法、翼傘系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及歸航設(shè)計(jì)方法等理論成果；第10章介紹了航天器降落傘減速半實(shí)物仿真系統(tǒng)的構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)；第11章論述了航天器降落傘減速系統(tǒng)的各類試驗(yàn)方法，重點(diǎn)介紹了風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)。本書基本上涵蓋了航天器降落傘減速系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論、仿真和試驗(yàn)研究的各方面內(nèi)容，側(cè)重論述基礎(chǔ)理論、基本方法和關(guān)鍵技術(shù)，并提供了一些有用的技術(shù)數(shù)據(jù)。
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目錄
第1章概論1
1.1降落傘的應(yīng)用與發(fā)展1
1.2航天器降落傘減速著陸技術(shù)4
1.2.1航天器降落傘減速著陸技術(shù)概述4
1.2.2航天器降落傘減速著陸技術(shù)的發(fā)展6
1.2.3航天器降落傘減速著陸過程10
1.3航天器降落傘減速系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)16
1.3.1降落傘拉直動(dòng)力學(xué)16
1.3.2降落傘充氣動(dòng)力學(xué)19
1.3.3降落傘穩(wěn)定下降動(dòng)力學(xué)21
1.3.4降落傘動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)21
1.3.5降落傘動(dòng)力學(xué)仿真軟件22
第2章降落傘氣動(dòng)減速裝置24
2.1降落傘的組成及主要設(shè)計(jì)參數(shù)24
2.1.1降落傘的組成24
2.1.2降落傘的主要設(shè)計(jì)參數(shù)25
2.2常用降落傘的結(jié)構(gòu)27
2.2.1平面圓形傘34
2.2.2截錐形傘34
2.2.3錐形帶條傘34
2.2.4環(huán)縫傘35
2.2.5無肋導(dǎo)向面?zhèn)?5
2.2.6環(huán)帆傘36
2.2.7盤縫帶傘36
2.2.8方形傘36
2.2.9十字形傘37
2.2.10可控翼傘37
2.3降落傘的開傘過程37
2.3.1開傘過程概述37
2.3.2航天器降落傘開傘過程40
2.4降落傘的充氣性能41
2.4.1充氣時(shí)間41
2.4.2傘衣阻力面積變化43
2.4.3開傘動(dòng)載45第3章物傘系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)51
3.1剛體動(dòng)力學(xué)模型51
3.1.1一般剛體動(dòng)力學(xué)模型51
3.1.2考慮附加質(zhì)量的剛體動(dòng)力學(xué)方程54
3.1.3剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)方程57
3.2降落傘動(dòng)力學(xué)模型58
3.2.1降落傘的幾何參數(shù)58
3.2.2降落傘的質(zhì)量參數(shù)59
3.2.3降落傘動(dòng)力學(xué)方程61
3.2.4降落傘的氣動(dòng)力62
3.3物傘系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型63
3.3.1一般物傘系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型63
3.3.2不同自由度的物傘系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型65
第4章航天器降落傘減速系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模78
4.1航天器降落傘系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型78
4.1.1飛船降落傘減速系統(tǒng)78
4.1.2簡化假設(shè)與坐標(biāo)系定義79
4.1.3返回艙動(dòng)力學(xué)模型80
4.1.4降落傘動(dòng)力學(xué)模型82
4.1.5吊掛約束模型85
4.2單艙下降階段動(dòng)力學(xué)模型89
4.3拉直階段動(dòng)力學(xué)模型89
4.3.1模型假設(shè)89
4.3.2傘包動(dòng)力學(xué)模型90
4.3.3約束模型90
4.3.4初始條件和終止條件91
4.4充氣階段動(dòng)力學(xué)模型91
4.4.1簡化假設(shè)91
4.4.2阻力面積隨時(shí)間的變化92
4.4.3收口傘衣的充滿時(shí)間92
4.4.4質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量93
4.4.5附加質(zhì)量及其變化率95
4.4.6充氣階段降落傘的動(dòng)力學(xué)方程95
4.4.7初始條件和終止條件96
4.5穩(wěn)定下降階段動(dòng)力學(xué)模型97
4.5.1質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量97
4.5.2全張滿階段動(dòng)力學(xué)方程97
第5章傘艙蓋彈射分離動(dòng)力學(xué)99
5.1降落傘的開傘方式99
5.1.1彈傘筒彈射開傘100
5.1.2彈傘器彈射開傘100
5.1.3彈傘艙蓋牽引開傘100
5.1.4引導(dǎo)傘牽引開傘100
5.2彈傘分離動(dòng)力學(xué)模型100
5.2.1動(dòng)力學(xué)模型101
5.2.2方程的分析解104
5.3柔性繩索的多節(jié)點(diǎn)質(zhì)量阻尼彈簧模型109
5.3.1坐標(biāo)系定義109
5.3.2質(zhì)量阻尼彈簧模型的動(dòng)力學(xué)方程111
5.4彈傘艙蓋拉傘包過程動(dòng)力學(xué)模型113
5.4.1模型假設(shè)和坐標(biāo)系定義114
5.4.2傘艙蓋動(dòng)力學(xué)方程115
5.4.3傘包動(dòng)力學(xué)方程117
5.4.4連接約束模型117
5.5柔性繩索的連續(xù)模型120
5.5.1坐標(biāo)系建立120
5.5.2空間連續(xù)繩索的動(dòng)力學(xué)方程121
5.5.3連續(xù)繩索動(dòng)力學(xué)模型的簡化123
5.6傘艙蓋拉傘包過程的連續(xù)模型124
5.6.1基本假設(shè)124
5.6.2坐標(biāo)系建立124
5.6.3邊界條件125
5.6.4初始條件126
5.6.5模型求解流程127
第6章航天器降落傘拉直動(dòng)力學(xué)與抽打現(xiàn)象128
6.1降落傘直線拉出模型128
6.2大型降落傘拉直動(dòng)力學(xué)模型130
6.2.1大型降落傘拉直過程階段劃分131
6.2.2主傘拉直過程各階段的動(dòng)力學(xué)模型131
6.3大型降落傘拉直過程中的抽打現(xiàn)象分析142
6.3.1抽打現(xiàn)象的特征參數(shù)定義143
6.3.2抽打現(xiàn)象的特點(diǎn)分析144
6.3.3抽打現(xiàn)象的形成原因分析146
6.3.4抽打現(xiàn)象的影響因素分析148
第7章航天器降落傘減速系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法149
7.1降落傘動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)概述149
7.1.1辨識(shí)特點(diǎn)149
7.1.2辨識(shí)算法150
7.2基于極大似然法的充氣階段參數(shù)辨識(shí)151
7.2.1算法原理151
7.2.2辨識(shí)流程153
7.2.3降落傘充氣參數(shù)辨識(shí)153
7.3基于遺傳算法的穩(wěn)定下降階段參數(shù)辨識(shí)156
7.3.1算法原理156
7.3.2辨識(shí)流程157
7.3.3降落傘氣動(dòng)力參數(shù)辨識(shí)158
第8章航天器降落傘減速系統(tǒng)試驗(yàn)光測圖像分析方法163
8.1光測圖像分析的基本原理163
8.1.1坐標(biāo)系定義163
8.1.2光學(xué)成像基本原理164
8.1.3雙目視覺基本原理165
8.2機(jī)載光測圖像分析方法166
8.2.1機(jī)載光測圖像的特點(diǎn)167
8.2.2機(jī)載光測圖像預(yù)處理168
8.2.3傘衣區(qū)域分割173
8.2.4機(jī)載光測圖像分析175
8.3地面光測圖像分析方法178
8.3.1地面光測圖像的特點(diǎn)178
8.3.2地面光測圖像的預(yù)處理179
8.3.3降落傘區(qū)域分割180
8.3.4地面光測圖像分析190
第9章航天器翼傘減速系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)193
9.1翼傘概述194
9.1.1典型結(jié)構(gòu)194
9.1.2翼傘的主要術(shù)語及定義195
9.1.3氣動(dòng)力特性198
9.1.4減速和雀降性能199
9.1.5開傘控制方法200
9.1.6折疊包裝201
9.1.7工作過程202
9.2翼傘系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型203
9.2.1幾何參數(shù)203
9.2.2附加質(zhì)量204
9.2.3六自由度模型206
9.2.4八自由度剛性鉸接模型213
9.2.5十二自由度非剛性連接模型219
9.3翼傘系統(tǒng)的歸航軌跡設(shè)計(jì)221
9.3.1軌跡設(shè)計(jì)中的質(zhì)點(diǎn)模型221
9.3.2翼傘系統(tǒng)的分段歸航設(shè)計(jì)223
第10章航天器降落傘減速半實(shí)物仿真系統(tǒng)229
10.1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真架構(gòu)229
10.1.1仿真框架的構(gòu)建思路230
10.1.2模型的分解230
10.1.3模型的連接232
10.2航天器降落傘減速著陸仿真框架的實(shí)現(xiàn)233
10.2.1降落傘減速著陸仿真框架的層次結(jié)構(gòu)233
10.2.2航天器降落傘減速著陸系統(tǒng)階段模型的轉(zhuǎn)換236
10.3航天器降落傘減速著陸半實(shí)物仿真系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)237
10.3.1航天器降落傘減速著陸半實(shí)物仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成237
10.3.2航天器降落傘減速著陸半實(shí)物仿真系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)239
10.3.3航天器降落傘減速著陸半實(shí)物仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制240
10.3.4航天器降落傘減速著陸半實(shí)物仿真系統(tǒng)運(yùn)行流程242
10.4減速著陸動(dòng)力學(xué)仿真子系統(tǒng)244
10.4.1減速著陸動(dòng)力學(xué)仿真子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)244
10.4.2回收程序控制裝置模擬程序設(shè)計(jì)245
10.5環(huán)境壓力模擬子系統(tǒng)249
10.5.1返回艙取壓孔附近壓力系數(shù)249
10.5.2環(huán)境壓力模擬子系統(tǒng)組成和運(yùn)行流程250
10.6程控自動(dòng)測試與IO子系統(tǒng)251
10.6.1IO子系統(tǒng)組成251
10.6.2IO子系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)252
第11章航天器降落傘減速系統(tǒng)試驗(yàn)方法254
11.1相似準(zhǔn)則254
11.1.1馬赫數(shù)255
11.1.2雷諾數(shù)255
11.1.3弗勞德數(shù)255
11.1.4斯特勞哈爾數(shù)255
11.1.5質(zhì)量比256
11.1.6結(jié)構(gòu)特性256
11.2風(fēng)洞試驗(yàn)256
11.2.1風(fēng)洞試驗(yàn)裝置257
11.2.2常規(guī)風(fēng)洞試驗(yàn)263
11.2.3動(dòng)態(tài)開傘試驗(yàn)269
11.2.4流動(dòng)顯示試驗(yàn)270
11.2.5翼傘風(fēng)洞試驗(yàn)272
11.2.6數(shù)據(jù)修正方法273
11.3空投試驗(yàn)276
11.3.1傘塔投放試驗(yàn)277
11.3.2飛機(jī)空投試驗(yàn)277
11.3.3浮空氣球空投試驗(yàn)278
11.3.4探空火箭空投試驗(yàn)280
11.4其他試驗(yàn)方法281
11.4.1拖曳試驗(yàn)281
11.4.2水洞試驗(yàn)282
參考文獻(xiàn)284
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