包進(jìn)進(jìn) 雷江利 賈賀

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

傘包拉出過(guò)程仿真及載荷影響分析

包進(jìn)進(jìn) 雷江利 賈賀

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

航天器回收著陸過(guò)程中依靠減速傘將主降落傘傘包從傘艙中拉出是主降落傘順利工作的第一步，也是航天器能否安全著陸至關(guān)重要的一步。釋放減速傘后是通過(guò)作用在減速傘傘帶及主降落傘傘包拖帶上的拉力將主降落傘傘包從主傘艙中拉出的，在釋放減速傘拉主降落傘傘包過(guò)程中將產(chǎn)生一個(gè)很大的載荷作用在減速傘傘帶及主降落傘傘包拖帶上。文章基于牛頓力學(xué)，通過(guò)建立釋放減速傘后拉主降落傘傘包過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算出釋放減速傘拉主降落傘傘包過(guò)程減速傘傘繩、吊帶及主傘包拖帶的拉力隨時(shí)間的變化情況。通過(guò)仿真結(jié)果分析及與高塔投放試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)，證明了仿真模型的符合性，并在此基礎(chǔ)上研究了減速傘自由行程、釋放減速傘時(shí)下落速度、傘帶長(zhǎng)度、傘帶斷裂強(qiáng)力、主傘包質(zhì)量、減速傘尺寸等因素對(duì)傘帶載荷的影響程度，根據(jù)影響分析結(jié)果得出可以通過(guò)減小減速傘自由行程、減小釋放減速傘時(shí)速度、增加傘繩長(zhǎng)度、減小傘帶總斷裂強(qiáng)力、減小主傘包質(zhì)量、減小主傘包尺寸等設(shè)計(jì)方法來(lái)減小傘帶載荷。文章的仿真結(jié)果可以為降落傘設(shè)計(jì)提供參考。

拉主傘包 傘繩 吊帶 主傘包拖帶 載荷 影響因素 回收著陸

0 引言

航天器回收著陸過(guò)程中依靠減速傘將主降落傘傘包從傘艙中拉出是主降落傘順利工作的第一步，也是航天器能否安全著陸至關(guān)重要的一步[1-5]。航天器減速著陸應(yīng)用的主降落傘在工作前是以折疊包裝狀態(tài)存儲(chǔ)于主降落傘傘包中并置于航天器內(nèi)部的主降落傘傘艙當(dāng)中，當(dāng)航天器進(jìn)入大氣層到達(dá)預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)，回收著陸控制裝置發(fā)送釋放減速傘指令，減速傘釋放后利用減速傘拉力將主降落傘傘包從主傘艙中拉出，并采用倒拉方式將傘帶及傘衣依次有序拉直，隨后傘衣充氣，從而達(dá)到利用主降落傘氣動(dòng)阻力最終實(shí)現(xiàn)航天器減速至安全著陸速度的目的。

減速傘釋放后是通過(guò)作用在減速傘傘帶及主降落傘傘包拖帶上的拉力將主降落傘傘包從主傘艙中拉出的，在釋放減速傘拉主降落傘傘包過(guò)程中將產(chǎn)生一個(gè)很大的載荷作用在減速傘傘帶及主降落傘傘包拖帶上，這個(gè)載荷的評(píng)估結(jié)果直接關(guān)系著繩帶設(shè)計(jì)載荷，在以往型號(hào)的研制過(guò)程中對(duì)減速傘釋放拉主降落傘傘包的繩帶載荷都是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式近似計(jì)算得到的，由于經(jīng)驗(yàn)公式中對(duì)整個(gè)減速傘釋放后拉主降落傘傘包過(guò)程是通過(guò)采用系列平均值進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，大量的簡(jiǎn)化平均可能會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大影響。并且由于減速傘釋放拉出主降落傘傘包并拉直主降落傘后，主降落傘傘包將隨減速傘一起與主降落傘-航天器系統(tǒng)分離，這就導(dǎo)致拉傘包過(guò)程的繩帶載荷很難在模擬真實(shí)工況下進(jìn)行測(cè)量。

綜合上述情況，本文基于牛頓經(jīng)典力學(xué)通過(guò)建立減速傘釋放后拉主降落傘傘包過(guò)程的動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算出釋放減速傘拉主降落傘傘包過(guò)程的減速傘傘繩、吊帶及主傘包拖帶的拉力隨時(shí)間的變化情況，通過(guò)結(jié)果分析及與高塔投放試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)，證明仿真結(jié)果的符合性，并在此基礎(chǔ)上研究了拉力峰值的影響因素。本文的仿真結(jié)果可以為降落傘設(shè)計(jì)提供參考。

1 系統(tǒng)組成及連接形式

減速傘一般由減速傘傘衣、傘繩、中間連接件、連接帶、吊帶等部分組成，減速傘釋放后，減速傘在其自身氣動(dòng)力作用下減速運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)減速傘吊帶與主傘包拖帶之間的連接件拉動(dòng)并拉直主傘包拖帶，進(jìn)而拉動(dòng)主傘包出艙。

釋放減速傘拉主傘包過(guò)程系統(tǒng)組成及連接形式如圖1所示，包括減速傘傘衣、減速傘傘繩、減速傘吊帶、減速傘傘繩和吊帶間的連接件、主傘包拖帶、減速傘吊帶和主傘包拖帶間的連接件、主傘包。文中所指的傘帶為減速傘傘繩、減速傘吊帶、主傘包拖帶的統(tǒng)稱(chēng)。

2 動(dòng)力學(xué)模型

2.1 基本假設(shè)

在減速傘拉主傘傘包過(guò)程中，受力情況十分復(fù)雜，本文的仿真工作中，進(jìn)行如下簡(jiǎn)化假設(shè)：

1）減速傘和主傘包在每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)都遵循同一條軌跡，且運(yùn)動(dòng)方向與重力方向相同；

2）僅考慮重力、氣動(dòng)力、傘帶拉力，不考慮主傘包和主傘艙間的摩擦阻力；

3）傘帶只能拉伸不能壓縮，在拉伸過(guò)程中的受力嚴(yán)格按照其材料試驗(yàn)獲得的靜態(tài)應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)；

4）將主傘包視為剛體，不考慮受力過(guò)程中的柔性變形；

5）不考慮減速傘運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的扭矩。

2.2 動(dòng)力學(xué)模型

本仿真所建動(dòng)力學(xué)模型[6-10]將減速傘組件、減速傘傘繩和吊帶間的連接件、減速傘吊帶和主傘包拖帶間的連接件、主傘傘包視為質(zhì)點(diǎn)，考慮減速傘傘繩、吊帶和主傘包拖帶為柔性帶，取兩個(gè)中間連接件為無(wú)限小質(zhì)量點(diǎn)[11-16]，如圖2所示。

式中 v1為減速傘運(yùn)動(dòng)速度；t為物傘系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間；Fs1為減速傘傘繩拉力；Fd為減速傘氣動(dòng)阻力；m1為減速傘質(zhì)量（包括結(jié)構(gòu)質(zhì)量和附加質(zhì)量[17-18]）；gn為地球重力加速度；h1為減速傘距地面高度；v2為中間連接件1運(yùn)動(dòng)速度；Fs2為減速傘吊帶拉力；m2為中間連接件1質(zhì)量；h2為中間連接件距地面高度；v3為中間連接件 2運(yùn)動(dòng)速度；Fs3為主傘包拖帶拉力；m3為中間連接件 2質(zhì)量；h3為中間連接件2距地面高度；v4為主傘包運(yùn)動(dòng)速度；m4為主傘包質(zhì)量；h4為主傘包距地面高度。

其中，當(dāng)傘帶受拉力伸長(zhǎng)后傘帶拉力計(jì)算模型如下：

式中 FSi為傘帶拉力；ni為傘帶根數(shù)；Fki為傘帶斷裂強(qiáng)力；εi為傘帶斷裂伸長(zhǎng)率；Li為傘帶拉伸后長(zhǎng)度；Li0為傘帶原長(zhǎng)；i=1、2、3，其中i=1代表減速傘傘繩，i=2代表減速傘吊帶，i=3代表主傘拖帶；ki為中間變量。

3 模型驗(yàn)證

3.1 仿真結(jié)果校核

通過(guò)分析，減速傘釋放拉主傘包的運(yùn)動(dòng)過(guò)程主要分為以下幾個(gè)階段：

階段 1：返回器釋放減速傘后，由于減速傘氣動(dòng)力大于減速傘重力，減速傘做減速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)主傘包與返回艙以相同的加速度加速下落；

階段 2：當(dāng)主傘包拖帶開(kāi)始受力，主傘包的加速度開(kāi)始小于返回艙加速度，主傘包與返回艙開(kāi)始有相對(duì)速度，主傘包與返回艙開(kāi)始分離，此時(shí)，由于帶子的拉力小于減速傘氣動(dòng)力與減速傘重力的差，因此減速傘保持減速運(yùn)動(dòng)；

階段3：當(dāng)主傘包拖帶的拉力開(kāi)始大于主傘包的重力，主傘包開(kāi)始減速運(yùn)動(dòng)；

階段 4：當(dāng)主傘包拖帶拉力開(kāi)始大于減速傘氣動(dòng)力與減速傘重力的差，減速傘速度達(dá)到最小值，減速傘開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)主傘包速度大于減速傘速度，因此帶子繼續(xù)拉伸；

階段 5：當(dāng)減速傘速度與主傘包速度相同時(shí)，帶子達(dá)到最大伸長(zhǎng)量，開(kāi)始回縮，此時(shí)，帶子受到最大的拉力。

為了對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行較核，首先選用相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)及初始條件進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真結(jié)果如圖3所示。

通過(guò)仿真結(jié)果可以看出主傘包拖帶拉力峰值出現(xiàn)在減速傘速度與主傘包速度相等那一時(shí)刻，這與上述減速傘拉主傘包運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析吻合。

3.2 高塔投放試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證傘帶設(shè)計(jì)斷裂強(qiáng)力，針對(duì)主傘包拉出過(guò)程進(jìn)行了高塔投放試驗(yàn)，具體試驗(yàn)情況如圖4所示。通過(guò)高塔投放試驗(yàn)測(cè)得主傘包投放過(guò)程中傘帶的拉力。為了驗(yàn)證本文的動(dòng)力學(xué)模型，針對(duì)此次高塔投放試驗(yàn)進(jìn)行了兩種工況下的仿真分析，具體工況的仿真結(jié)果為：

工況一：在下降高度為15m、圖4中鋼絲繩采用12m長(zhǎng)的芳綸帶條件下，傘帶最大拉力試驗(yàn)結(jié)果為55kN，仿真結(jié)果為70kN，誤差為27.3%；

工況二：在下降高度為30m、圖4中鋼絲繩采用17m長(zhǎng)的芳綸帶條件下，傘帶最大拉力試驗(yàn)結(jié)果為83kN，仿真結(jié)果為99kN，誤差為19.5%。

分析仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的偏差主要是仿真過(guò)程未考慮高塔塔壁上下晃動(dòng)吸收的能量、以及高塔投放時(shí)主副鉤間有距離使得傘包速度方向并非完全與重力方向一致等，因此仿真結(jié)果較試驗(yàn)結(jié)果偏大，根據(jù)仿真結(jié)果，采用修正系數(shù)來(lái)修正仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的偏差，修正系數(shù)取24%（即認(rèn)為仿真結(jié)果較高塔投放測(cè)量結(jié)果偏大24%）。按修正系數(shù)進(jìn)行修正后仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)如下：

工況一：在下降高度為15m、鋼絲繩為12m長(zhǎng)的芳綸帶條件下，傘帶最大拉力試驗(yàn)結(jié)果為55kN，修正后結(jié)果為68.2kN，仿真結(jié)果為70kN，基本吻合；

工況二：在下降高度為30m、鋼絲繩為17m長(zhǎng)的芳綸帶條件下，傘帶最大拉力試驗(yàn)結(jié)果為83kN，修正后結(jié)果為102.9kN，仿真結(jié)果為99kN，基本吻合。

但實(shí)際飛行過(guò)程中不存在高塔投放試驗(yàn)過(guò)程中相關(guān)影響因素，因此，可以認(rèn)為仿真動(dòng)力學(xué)模型正確可行。

4 傘帶載荷影響因素分析

為了進(jìn)一步分析減速傘拉主傘包過(guò)程中傘帶載荷峰值的影響因素及影響程度，本文從減速傘自由行程、釋放減速傘時(shí)的艙傘系統(tǒng)速度、傘帶長(zhǎng)度、傘帶斷裂強(qiáng)力、主傘包質(zhì)量、減速傘尺寸等幾個(gè)設(shè)計(jì)因素仿真研究了其對(duì)主傘包最大拉力的影響程度。

4.1 減速傘自由行程

一般在減速傘釋放到傘帶拉直都會(huì)有一段減速傘自由運(yùn)動(dòng)階段，此段自由行程的長(zhǎng)短取決于減速傘吊掛點(diǎn)到主傘包間傘帶布局方式和返回器姿態(tài)等，此階段的減速傘和主傘包都不受傘帶的拉力約束。本節(jié)主要研究減速傘自由行程對(duì)主傘包最大拉力的影響。仿真結(jié)果如表1和圖5所示。

通過(guò)表1和圖5可以看出，主傘包的最大拉力隨著減速傘自由行程的增大而增加，增加趨勢(shì)近似為線(xiàn)性增大。在自由行程0～1.2m范圍內(nèi)，最大拉力的最大值約為最小值的1.75倍。

綜上，為了減小拉主傘包過(guò)程中的最大拉力，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)布局來(lái)減小減速傘的自由行程的方式實(shí)現(xiàn)。

表1 不同減速傘自由行程對(duì)應(yīng)的主傘包最大拉力Tab.1 The maximum force of pulling main parachute pack with different drogue parachute free path

4.2 減速傘釋放時(shí)下落速度

一般航天器回收過(guò)程中包含多種回收模式，不同的模式對(duì)應(yīng)的減速傘釋放時(shí)艙傘系統(tǒng)下落速度有很大差異，本節(jié)主要研究減速傘釋放時(shí)艙傘系統(tǒng)的下落速度對(duì)主傘包最大拉力的影響。仿真結(jié)果見(jiàn)表2和圖6所示。

通過(guò)表2和圖6可以看出，主傘包的最大拉力隨著釋放減速傘時(shí)艙傘系統(tǒng)下落速度的增大而增加，增加趨勢(shì)為線(xiàn)性增大。在下落速度為85～137m/s范圍內(nèi)，最大拉力的最大值約為最小值的2倍。

綜上，為了減小拉主傘包過(guò)程中的最大拉力，可以通過(guò)選擇較小的釋放減速傘時(shí)艙傘系統(tǒng)下落速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行傘帶斷裂強(qiáng)力設(shè)計(jì)時(shí)要充分復(fù)核各種偏差和極限工況下的釋放減速傘時(shí)艙傘系統(tǒng)最大下落速度對(duì)應(yīng)的主傘包最大拉力。

表2 不同減速傘釋放時(shí)艙傘系統(tǒng)下落速度對(duì)應(yīng)的主傘包最大拉力Tab.2 The maximum force of pulling main parachute pack with different drogue parachute release velocity

4.3 傘帶長(zhǎng)度

不同任務(wù)對(duì)應(yīng)的減速傘拉主傘包的傘帶長(zhǎng)度有很大差別，本節(jié)主要研究傘帶長(zhǎng)度對(duì)主傘包最大拉力的影響。仿真結(jié)果如表3和圖7所示。由于本文采用的動(dòng)力學(xué)模型中涉及的傘帶包括減速傘傘繩、減速傘吊帶、主傘包拖帶，其中減速傘傘繩為13.1m，減速傘吊帶為2.4m，主傘包拖帶為0.75m，因此，減速傘傘繩較其他兩種傘帶的長(zhǎng)度長(zhǎng)很多，為了簡(jiǎn)化仿真，本節(jié)只針對(duì)減速傘傘繩的長(zhǎng)度變化進(jìn)行研究。

表3 不同的減速傘傘繩長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的主傘包最大拉力Tab.3 The maximum force of pulling main parachute pack with different suspension lines length

通過(guò)表3和圖7可以看出，主傘包最大拉力對(duì)減速傘傘繩長(zhǎng)度的增加而減小，減小趨勢(shì)為近似線(xiàn)性減小。由于總傘帶長(zhǎng)度包括減速傘吊帶和主傘包拖帶的長(zhǎng)度，而本次仿真這兩部分傘帶長(zhǎng)度不變，因此可以認(rèn)為主傘包最大拉力與傘帶長(zhǎng)度呈線(xiàn)性減小。

綜上，為了減小拉主傘包過(guò)程中的最大拉力，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)脑龃髠銕чL(zhǎng)度的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.4 傘帶斷裂強(qiáng)力

不同任務(wù)采用的傘帶材料和根數(shù)不同，導(dǎo)致傘帶的斷裂強(qiáng)力不同。本節(jié)主要研究傘帶斷裂強(qiáng)力對(duì)主傘包最大拉力的影響。首先研究了主傘包拖帶斷裂強(qiáng)力對(duì)主傘包最大拉力的影響。仿真結(jié)果見(jiàn)表4和圖8所示。

表4 不同的主傘包拖帶斷裂強(qiáng)力對(duì)應(yīng)的主傘包最大拉力Tab.4 The maximum force of pulling main parachute pack with different bridle harness intensity

通過(guò)表4和圖8可以看出，主傘包最大拉力受主傘包拖帶斷裂強(qiáng)力的影響不大，這主要是由于傘帶的組成中大部分是由減速傘傘繩和減速傘吊帶組成。因此為了進(jìn)一步研究傘帶的斷裂強(qiáng)力對(duì)主傘包最大拉力的影響，本節(jié)采用不同標(biāo)稱(chēng)傘帶設(shè)計(jì)斷裂強(qiáng)力的倍數(shù)對(duì)應(yīng)的傘帶斷裂強(qiáng)力進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果見(jiàn)表5和圖9所示。

通過(guò)表5和圖9可以看出，主傘包最大拉力隨傘帶斷裂強(qiáng)力的增大而增大，其中，主傘包最大拉力與標(biāo)稱(chēng)設(shè)計(jì)傘帶斷裂強(qiáng)力的倍數(shù)呈線(xiàn)性增加關(guān)系。

綜上，為了減小主傘包最大拉力，單獨(dú)調(diào)整主傘包拖帶的斷裂強(qiáng)力是不起作用的，但可以通過(guò)減小整個(gè)傘帶各部分的斷裂強(qiáng)力的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

表5 不同的傘帶斷裂強(qiáng)力對(duì)應(yīng)的主傘包最大拉力Tab.5 The maximum force of pulling main parachute pack with different suspension and bridle intensity

4.5 主傘包質(zhì)量

不同任務(wù)對(duì)應(yīng)的主降落傘不同，導(dǎo)致主降落傘質(zhì)量不同，本節(jié)主要研究主傘包質(zhì)量對(duì)主傘包最大拉力的影響。仿真結(jié)果如表6、圖10和圖11所示。

通過(guò)表6、圖10和圖11可以看出，在主傘包正常的質(zhì)量范圍內(nèi)，主傘包最大拉力隨主傘包質(zhì)量的增加而增大，但當(dāng)主傘包質(zhì)量急劇增大的情況下（此種情況為主傘包卡滯、未出艙情況），主傘包最大拉力將不再明顯增加。

通過(guò)上述結(jié)論，可以在確定了減速傘方案和與主傘包連接方案后，可以計(jì)算得到拉主傘包過(guò)程中作用在傘帶上的極限拉力。

表6 不同的主傘包質(zhì)量對(duì)應(yīng)的主傘包最大拉力Tab.6 The maximum force of pulling main parachute pack with different main parachute pack mass

4.6 減速傘尺寸

減速傘尺寸也是影響主傘包最大拉力的因素之一，本節(jié)主要研究減速傘尺寸對(duì)主傘包最大拉力的影響。仿真結(jié)果見(jiàn)表7和圖12所示。

通過(guò)表7和圖12可以看出，主傘包最大拉力隨著減速傘名義直徑的增加而增大，并呈線(xiàn)性增長(zhǎng)。因此，更大的減速傘將帶來(lái)更大的主傘包最大拉力。

表7 不同的減速傘尺寸對(duì)應(yīng)的主傘包最大拉力Tab.7 The maximum force of pulling main parachute pack with different drogue parachute sizes

5 結(jié)論

1）主要研究了減速傘自由行程、釋放減速傘時(shí)的艙傘系統(tǒng)速度、傘帶長(zhǎng)度、傘帶斷裂強(qiáng)力、主傘包質(zhì)量、減速傘尺寸等幾個(gè)設(shè)計(jì)因素對(duì)主傘包最大拉力的影響，具體的結(jié)論如下：

2）主傘包的最大拉力隨著減速傘自由行程的增大而增加，增加趨勢(shì)近似為線(xiàn)性增大。在自由行程0～1.2m范圍內(nèi)，最大拉力的最大值約為最小值的1.75；

3）主傘包的最大拉力隨著釋放減速傘時(shí)艙傘系統(tǒng)下落速度的增大而增加，增加趨勢(shì)為線(xiàn)性增大。在下落速度為85～137m/s范圍內(nèi)，最大拉力的最大值約為最小值的2；

4）主傘包最大拉力隨傘帶長(zhǎng)度的增加而減小，增加趨勢(shì)為線(xiàn)性減??；

主傘包最大拉力隨傘帶斷裂強(qiáng)力的增大而增大，其中，主傘包最大拉力與標(biāo)稱(chēng)設(shè)計(jì)傘帶斷裂強(qiáng)力的倍數(shù)呈線(xiàn)性增加關(guān)系；

5）在主傘包正常的質(zhì)量范圍內(nèi)，主傘包最大拉力隨主傘包質(zhì)量的增加而增大，但當(dāng)主傘包質(zhì)量急劇增大的情況下（此種情況為主傘包卡滯、未出艙情況），主傘包最大拉力將達(dá)到極限值、不再明顯增加；

6）主傘包最大拉力隨著減速傘名義直徑的增加而增大，并呈線(xiàn)性增長(zhǎng)。

References)

[1]林斌. “神舟號(hào)”載人飛船降落傘系統(tǒng)[C]//中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間探測(cè)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十八次學(xué)術(shù)會(huì)議論文集. 重慶, 2005： 31-37. LIN Bin. Shenzhou Manned Spacecraft Parachute System[C]//China’s Space Science Society Space Exploration Professional Committee of 18thConference Proceedings, Chongqing, 2005： 31-37. (in Chinese)

[2]宋旭民, 程文科, 彭勇, 等. 飛船回收過(guò)程動(dòng)力學(xué)建模與仿真[J]. 彈道學(xué)報(bào), 2005, 17(2)： 55-59. SONG Xumin, CHENG Wenke, PENG Yong, et al. Dynamic Modelization and Simulation of Spaceship Recovery Scenario[J]. Journal of Ballistics, 2005, 17(2)： 55-59. (in Chinese)

[3]賈賀, 榮偉, 江長(zhǎng)虹. 探月三期月地高速再入返回器降落傘減速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 中國(guó)科學(xué)·技術(shù)科學(xué), 2015, 45(2)： 185-192. JIA He, RONG Wei, JIANG Changhong. The Design and Implementation of the Parachute Deceleration System on the Circumlunar Return and Reentry Spacecraft of 3rdPhase of China Lunar Exploration Program[J]. Scientia Sinica·Technologica, 2015, 45(2)： 185-192. (in Chinese)

[4]汪小衛(wèi), 張普卓, 吳勝寶, 等. 運(yùn)載火箭子級(jí)回收技術(shù)研究[J]. 航天返回與遙感, 2016, 37(3)： 19-28. WANG Xiaowei, ZHANG Puzhuo, WU Shengbao, et al. Recovery Technology of Launch Vehicle Stage[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2016, 37(3)： 19-28. (in Chinese)

[5]孫曉娟. 無(wú)人機(jī)傘降回收技術(shù)[C]//2006中國(guó)無(wú)人機(jī)大會(huì)論文集. 北京, 2006： 668-673. SUN Xiaojuan. Unmanned Aerial Vehicle Parachute Recovery Technology[C]//2006 China’s Unmanned Aerial Vehicle Conference Proceedings. Beijing, 2006： 668-673. (in Chinese)

[6]林斌. 降落傘傘包載荷分析計(jì)算[J]. 航天返回與遙感, 2005, 26(1)： 14-17. LIN Bin. Load Analysis for Parachute Bag[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2005, 26(1)： 14-17. (in Chinese)

[7]王利榮. 降落傘理論與應(yīng)用[M]. 宇航出版社, 1997： 318-319. WANG Lirong. Parachute Theory and Application[M]. China Astronautic Publishing House, 1997： 318-319. (in Chinese)

[8]EWING E G, BIXBY H W. 回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南[M]. 吳天爵, 馬宏偉, 譯. 航空工業(yè)出版社, 1998： 225-242. EWING E G, BIXBY H W. Recovery System Design Guide[M]. Translated by： WANG Tianjue, MA Hongwei. Aviation Industry Press, 1998： 225-242. (in Chinese)

[9]JOHN S P, GEORGE C G. Effect of Suspension Line Elasticity on Parachute Loads[J]. Journal of Spacecraft and Rockets, 1970, 7(10)： 1278-1280.

[10]MOULIN J. Recovery System Simulation： Link Modelization[C]//AIAA 12thAerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar, 1993： 296-304.

[11]余莉, 史獻(xiàn)林, 袁文明. 牽頂傘在降落傘拉直過(guò)程中的作用[J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 41(2)： 198-201. YU Li, SHI Xianlin, YUAN Wenming. Effects of Parachute Deployment Using Attached Apex Drogur[J]. Journal of Nanj-ing University of Aeronautics & Astronautics, 2009, 41(2)： 198-201. (in Chinese)

[12]王從磊, 孫建紅, 喻東明. 阻力傘拉直過(guò)程的影響因素分析[J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 45(2)： 196-201. WANG Conglei, SUN Jianhong, Yu Dongming. Analysis of Effect Factors on Deployment of Drag Parachute[J]. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2013, 45(2)： 196-201. (in Chinese)

[13]魯媛媛, 榮偉, 吳世通. 火星環(huán)境下降落傘拉直過(guò)程的動(dòng)力學(xué)建模[J]. 航天返回與遙感, 2014, 35(1)： 29-36. LU Yuanyuan, RONG Wei, WU Shitong. Dynamic Modeling of Parachute Deployment in Mars Environment[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2014, 35(1)： 29-36. (in Chinese)

[14]張青斌, 彭勇, 程文科, 等. 降落傘拉直過(guò)程的質(zhì)量阻尼彈簧模型[J]. 彈道學(xué)報(bào), 2003, 15(1)： 31-36. ZHANG Qingbin, PENG Yong, CHENG Wenke, et al. A Mass Spring Damper Model of Parachute Deployment[J]. Journal of Ballistics, 2003, 15(1)： 31-36. (in Chinese)

[15]宋旭民, 秦子增, 程文科, 等. 具有倒“Y”型吊掛的降落傘系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模[J]. 國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 27(5)： 103-106. SONG Xumin, QIN Zizeng, CHENG Wenke, et al. The Dynamic Model of a Parachute System with the Inverted 'Y' Suspension[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2005, 27(5)： 103-106. (in Chinese)

[16]張青斌, 程文科, 彭勇, 等. 降落傘拉直過(guò)程的多剛體模型[J]. 中國(guó)空間科學(xué)技術(shù), 2003, 4(2)： 45-50. ZHANG Qingbin, CHEN Wenke, PENG Yong, et al. A Multi-rigid-body Model of Parachute Deployment[J]. Chinese Space Science and Technology, 2003, 4(2)： 45-50. (in Chinese)

[17]黃偉. 降落傘附加質(zhì)量的計(jì)算方法[J]. 航天返回與遙感, 2016, 37(2)： 42-50. HUANG Wei. Calculation Methods of Added Mass of Parachute[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2016, 37(2)：42-50. (in Chinese)

[18]熊菁, 秦小波, 程文科. 降落傘系統(tǒng)附加質(zhì)量的研究[J]. 中國(guó)空間科學(xué)技術(shù), 2002, 8(4)： 32-38. XIONG Jing, QIN Xiaobo, CHENG Wenke. The Added Mass Research in Parachute System[J]. Chinese Space Science and Technology, 2002, 8(4)： 32-38. (in Chinese)

Simulation of Pulling Main Parachute Pack and Influencing Factors Analysis on Loads

BAO Jinjin LEI Jiangli JIA He
（Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）

Pulling out the main parachute pack by a successful released drogue parachute is a crucial step in recovery process of spacecraft. Large load on suspension lines, bridle legs, and bridle harness has been encountered. In this paper, by the dynamic model of drogue parachute release and pulling main parachute pack after releasing the drogue parachute, the load on suspension lines, bridle legs, bridle harness is calculated. Simulation model is confirmed by the results analysis and comparison with tower drop test data. The influences of drogue parachute free path and release velocity, suspension lines length, suspension and bridle intensity, main parachute pack weight and drogue parachute size on the load have been studied based on simulation results. The results of the analysis indicate that reduced drogue parachute free path and release velocity, increased suspension lines length, reduced suspension and bridle intensity, reduced main parachute pack weight, and reduced drogue parachute size can decrease the suspension and bridle load. The simulation results in this paper can provide theoretical basis for parachute design.

pull main parachute pack; suspension lines; bridle legs; bridle harness; Load; Influencing factors; recovery and landing

V275

A

1009-8518(2017)03-0031-12

10.3969/j.issn.1009-8518.2017.03.004

包進(jìn)進(jìn)，女，1984年生，2011年獲中國(guó)空間技術(shù)研究院航天器返回與著陸專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位，工程師。研究方向?yàn)楹教炱鞣祷嘏c著陸技術(shù)。E-mail： bjj0524@163.com。

（編輯：劉穎）

2017-01-03