降落伞参考文献
专题:空间科学与技术
世界科技研究与发展
2005年10月
随着现代飞行技术的发展,赋予了降落伞更为广泛的用途,降落伞理论也得到前所未有的发展。自第一次世界大战成功用于实战以来,英法俄等国就多次使用降落伞进行伞兵作战,取得了辉煌的战果,此后各国竞相研制军用降落伞。到第二次世界大战,降落伞已被广泛用于空降作战。由于其具有重量轻、减速效果好的优点,并且能起到稳定作用,目前已被广泛用于航空、航天、兵器和体育运动等诸多领域,形成了专门的降落伞制造业。降落伞理论和技术的发展也越来越受到有关方面的重视。特别是近二十年来,降落伞的基础研究进一步深入,工程方法也日趋完善,大大提高了降落伞研制的科学性和实验结果的可靠性。七十年代以后发展起来的翼伞技术,更是大大丰富了降落伞理论和拓宽了其应用领域。本文在翻阅大量文献的基础上,把降落伞发展的历史归结为初期发展阶段、基础发展阶段、蓬勃发展阶段和实用化、新型化研究四个阶段,在此基础上对实验研究和计算机模拟等重要研究手段在降落伞研制中的应用进行了具体的分析和讨论,,立了降落伞工作过程的基本理论模型,这个模型即使在现在,也得到了广泛的应用。其中拉直阶段和充气阶段无疑是降落伞工作最为重要,也最难理解的两个阶段。理论上,降落伞的拉直过程是个变质量体运动过程。70年代,wolf[3]提出了一个比较简单的连续拉直模型。美空军[4]对降落伞拉直过程也进行了大量研究,认为顺拉法最大拉直力出现在全长拉直瞬间,而倒拉法出现在拉动伞衣底边的时候。1969年,Heinrich[2]建立了充气过程的理论模型,认为附加质量对时间的变化率和进入伞衣的气体体积成正比,在无限质量情况下,附加质量变化率是发生动态变化的主要原因。之后,RoyceA.Toni[6]在假设附加质量变化规律的情况下,建立了充气过程开伞动载的计算式。这一阶段,还进行了大量的不同材料透气量、、强度及它们之间相互关系的试验,。,5飞船降落伞回](3)七十年代至九十年代初为降落伞理论的蓬勃发展阶段。这一阶段发展起来了新型翼伞技术,大大丰富了降落伞理论和拓宽了其应用领域,并且各种基础研究也在不断发展。在常规伞型方面,Eaton(1983),Yovuz(1989)分别对有限质量情况下的附加质量进行了更深刻的研究[2,7]:在伞衣刚性模型的假设下,认为附加质量的变化只受系统减速性能的影响。这种假设在流场的考虑及降落伞的运动状况上过于简单,对开伞过程的分析也不够清晰,但在预见充气时间及最大开伞动载方面是合理的。同时降落伞工作过程的计算机模拟也更加受到重视,如七、八十年代的涡元理论[8],开始采用计算机工具对降落伞工作时的气动力性能进行更深刻的研究,得出轴对称伞形充满状态下的流场分布。这一时期另一个重要特征就是建立了较完整的翼伞理论[9]。翼伞这种新型伞型,因其良好的操纵性和滑翔性能,在人用伞的应用上几乎占据了半壁江山。同时,航天回收、着陆用伞的研究也受到了美、法、俄等国的重视,如海盗号火星着陆系统伞衣上的应力研究[10](图1)、金星着陆系统的研究[10]等。
(4)上世纪九十年代开始是降落伞的实用化、新型化研究阶段。随着科技的进步,新型的研究工具、研究手段逐步应用到降落伞的研究中,降落伞的应
1 ,降落伞研究大体可以分成四个时期:
(1)上世纪四十年代以前的降落伞发展初期,为降落伞理论的缓慢发展阶段。这一阶段的研究主要集中在降落伞的性能研究方面。如1915年G.I.Taylor[2]采用相同阻力面积、不同伞衣形状的降落伞对飞机着陆后滑行距离进行了早期刹车实验,认为伞型不同,其阻力系数不一致,刹车距离也将不同;1927年的Muller[2]对伞充气过程的研究,证实了结构形状基本相同的伞,在不同的试验条件下,基本上都有相同的充气距离,从而得到充气时间、充气距离仅仅和降落伞结构有关的结论,并认识到绕伞衣流场是一个存在严重分离的紊流流场。这一阶段研究的伞形基本上还是平面圆形伞。
(2)上世纪四十年代至上世纪七十年代左右为降落伞理论的基础发展阶段。这一阶段主要集中在理论模型的建立及材料研究上,同时,带条伞、环帆伞、十字型伞等不同型式的伞衣大量出现,不仅大大丰富了伞型,并且提出了它们各自的使用特点。在理论分析上,最大的贡献在于根据牛顿力学定律建
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