基于Ergun理论的降落伞伞衣织物透气性预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Ergun理论的降落伞伞衣织物透气性预测方法，该预测方法所采用步骤为：（1）根据降落伞伞衣织物的特性，简化透气性理论计算中的Ergun公式，得到标准试验条件下的相对透气量的计算公式；（2）得出简化后的Ergun透气性系数；（3）得到降落伞伞衣织物的透气量方程，根据该透气量方程对降落伞伞衣织物的透气性进行预测。本发明可以在试验数据不足的情况下对各类伞衣织物在中低压差下的透气量进行较好的预测，能够方便快速地预测降落伞工作过程中伞衣织物的透气性能。
【专利说明】基于Ergun理论的降落伞伞衣织物透气性预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种伞衣织物透气性预测方法，特别涉及一种基于Ergun理论的降落 伞伞衣织物透气性预测方法。
【背景技术】
[0002] 降落伞作为一种高效的气动减速器在空降空投、航弹稳定和各种航空航天飞行器 回收等方面有着广泛的应用。降落伞的性能主要取决于其自身的气动特性，而降落伞的伞 衣织物透气性是决定降落伞气动特性的重要因素，它对降落伞的充气时间、开伞动载、稳定 性和稳降速度等关键性能指标都有显著的影响。
[0003] 伞衣织物的透气量方程大多通过大量的试验并藉由多组压差-透气量数据拟合得 至1J，相关的预测理论研究则较少。近年来，随着基于ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian) 方法的降落伞流固耦合仿真计算技术的成熟与普及，为了在能在仿真中考虑实际织物材料 的透气性效应从而得到可靠的计算结果，研究人员需要能够快速有效地得到各种伞衣织物 的透气量方程。
[0004] 国外最早由Goglia等人通过大量试验数据的统计分析揭示了伞衣织物透气量方 程和多孔介质渗流理论中的Ergun公式具有一致的形式。Jason Wang等人基于Ergun公式 给出了一种利用织物的透气性曲线（即压差-透气量关系曲线）进行双点估计反算得到透 气量方程系数的方法，并在LS-DYNA中建立ALE流固耦合模型对估算得到的系数进行了验 证。随后，国内贾贺等人在2009年使用相同方法进行了计算和验证。但是该方法本质上仍 然是对两组透气量数据进行拟合，而目前只有少数几种伞衣织物材料可查到足够的试验数 据，多数织物材料只提供了标准压差下的透气量，因此拟合法就显出其局限性。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Ergun理论的降落伞伞衣织物透气 性预测方法，可以在试验数据不足的情况下对各类伞衣织物在中低压差下的透气量进行较 好的预测，能够方便快速地预测降落伞工作过程中伞衣织物的透气性能。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007] 本发明提供一种基于Ergun理论的降落伞伞衣织物透气性预测方法，，该方法包 括以下步骤：
[0008] 步骤1，根据降落伞伞衣织物的特性，简化透气性理论计算中的Ergun公式，得到 标准试验条件下的相对透气量的计算公式，具体为：
[0009] Ergun公式中的特征长度D的表达式为
[0010] D = i
[0011] Vt = AL(1- ε )
[0012] 式中，St为含孔隙内壁面积的介质层浸润面积；Vt为不含介质中的空隙体积的介 质层总体积；A为介质层横截面积，L为介质层厚度，ε为相对透气量；
[0013] 根据降落伞伞衣织物的特性，伞衣织物的厚度远小于平铺尺寸，则忽略伞衣织物 内部纱线间的孔隙内壁面积，将介质层浸润面积近似为介质层横截面积，即
[0014] St = A
[0015] 进一步，将织物的特征长度D的表达式近似为
[0016] Dt6L(l- ε )
[0017] 将特征长度D代入Ergun公式中，并结合标准试验条件下的透气量数据，从而得到 相对透气量ε的表达式，即
[
【权利要求】
1. 基于Ergun理论的降落伞伞衣织物透气性预测方法，其特征在于，该方法包括以下 步骤： 步骤1，根据降落伞伞衣织物的特性，简化透气性理论计算中的Ergun公式，得到标准 试验条件下的相对透气量的计算公式，具体为： Ergun公式中的特征长度D的表达式为 St Vt = AL(1- ε ) 式中，St为含孔隙内壁面积的介质层浸润面积；Vt为不含介质中的空隙体积的介质层 总体积；A为介质层横截面积，L为介质层厚度，ε为相对透气量； 根据降落伞伞衣织物的特性，伞衣织物的厚度远小于平铺尺寸，则忽略伞衣织物内部 纱线间的孔隙内壁面积，将介质层浸润面积近似为介质层横截面积，即 St = A 进一步，将织物的特征长度D的表达式近似为 D = 6L(1- ε ) 将特征长度D代入Ergun公式中，并结合标准试验条件下的透气量数据，从而得到相对 透气量ε的表达式，即
式中，Ρ(|和μ ^分别为纺织品试验用标准大气中规定的空气密度和动粘度，为标 准试验压差，Vstd为标准试验压差下的透气量； 步骤2,由特征长度D的近似表达式D = 6L(1- ε )，得到简化后的Ergun透气性系数 为：
式中，α为粘性系数，β为惯性系数； 步骤3,将步骤1和步骤2中计算得到的相对透气量ε、粘性系数α、惯性系数β代入 Forchheimer公式，即得到降落伞伞衣织物的透气量方程，根据该透气量方程对降落伞伞衣 织物的透气性进行预测。
2. 根据权利要求1所述的基于Ergun理论的降落伞伞衣织物透气性预测方法，，其特征 在于，步骤1中Ergun公式为：
式中，μ为气流动粘度，ΛΡ为多孔介质两边的压强差，V为透气量，P为气流密度。
3. 根据权利要求1所述的基于Ergun理论的降落伞伞衣织物透气性预测方法，其特征 在于，步骤3中的Forchheimer公式为： ο Λ ρ --=aF + βΥ'2 L
【文档编号】G06F17/50GK104102766SQ201410287214
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】宁雷鸣, 张红英, 连亮, 童明波, 陆伟伟, 秦福德 申请人:南京航空航天大学