一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法与流程

本发明涉及一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，属于航空航天气动减速领域。

背景技术：

1、降落伞利用其气动阻力可为回收物提供有效减速或者稳定的作用，随着其在宇航任务及各类武器项目中应用越来越广泛，对降落伞在超声速及高动压条件下高效减速性能的要求越来越高。

2、特别是在低空超声速减速领域，不仅伴随着超高动压，而且也面临着高度低，减速时间有限的硬性约束，此时会导致降落伞的开伞载荷可能变得很大，而现有的降落伞材料和加工工艺无法实现，另外一方面，在超声速条件下，降落伞阻力面积会随着马赫数的变化而发生明显变化，，从而影响降落伞减速效果。

3、常规降落伞减速方案中，一般只有两个约束条件，一是降落伞开伞载荷，二是降落伞的着陆速度。对于这个条件，如果无法通过一级降落伞来实现，则往往采用两级降落伞减速的方案，一级降落伞以较小载荷实现回收物的初步减速，第二级伞通过较大的阻力面积实现较小的着陆速度。

4、而对于低空超声速减速领域，同时存在降落伞开伞载荷、着陆速度，减速时间三重约束，常规设计方法已经无法得到满足要求的减速方案设计。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，提高减速效率，实现在低空超声速条件下降落伞减速方案的优化。

2、本发明解决技术的方案是：一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，该方法包括如下步骤：

3、s1、设置降落伞的数量np、每个降落伞的收口级数nsk、第i个降落伞第j级收口的收口时刻tsk(i,j)以及收口面积cdsk(i,j)，得到不同的降落伞减速方案；i＝1～np，j＝1～nsk；

4、s2、针对每一种降落伞减速方案进行弹道计算，得到降落伞的着陆速度vend,减速时间tend和开伞载荷；

5、s3、筛选出满足着陆速度、减速时间和开伞载荷约束条件的降落伞减速方案，作为候选降落伞减速方案；

6、s4、从候选降落伞减速方案中选出开伞载荷峰值最小的降落伞减速方案，作为待优化降落伞减速方案；

7、s5、调整待优化降落伞减速方案中开伞载荷对应的收口面积和收口时间，对降落伞减速方案优化；

8、s6、判断是否满足优化收敛条件，如果满足，则结束，从而得到满足着陆速度，减速时间和载荷约束条件且开伞载荷最优的降落伞减速方案；否则，重新执行步骤s5～s6；

9、s6、如果遍历待优化降落伞减速方案中开伞载荷对应的收口面积和收口时间，仍然无法满足优化收敛条件，则重复步骤s1～s6。

10、优选地，所述优化收敛条件为：

11、各级开伞载荷的峰值之差小于预设门限。

12、优选地，预设门限为开伞载荷峰值的2％。

13、优选地，开伞载荷峰值f满足如下条件：

14、f＝kf×qt×cdski

15、其中，kf为常系数，qt为开伞时的动压，cdski为收口面积。

16、优选地，所述收口面积按照从小至大的顺序遍历，不超过降落伞的最大展开面积。

17、优选地，开伞时间按照从大到小的顺序遍历，各级开伞时间的总和不超过减速时间tend。

18、优选地，降落伞的数量np、每个降落伞的收口级数nsk按照从小至大的方式调整。

19、本发明与现有技术相比的有益效果是：

20、(1)、本发明由于采用降落伞数量、收口级数、收口面积及收口时间全变量的系统优化方法，实现了着陆速度、减速时间、开伞载荷等各项指标均满足的要求的减速方案，相比现有技术中的降落伞减速设计方法，提高了在严酷约束条件下降落伞方案设计的可能性。在着陆速度满足的前提下，降低了降落伞的最大开伞载荷。

21、(2)、本发明对所有减速方案进行初步的遍历计算，得到满足所有约束条件和降落伞开伞载荷要求的减速方案，这样可以既能得到满足条件的减速方案，又节约的计算时间；

22、(3)、本发明在降落伞减速方案载荷优化是从满足约束条件的减速方案中，挑选出开伞载荷峰值最小方案，并进行针对性的载荷优化，从而既可以保证减速方案满足减速时间和降落伞加工工艺的约束条件，又能找到载荷优化方案。

23、(4)、本发明最大开伞载荷对应的阻力面积和收口时间模块，通过调整最大开伞载荷的阻力面积和收口时间，保证了降落伞开伞载荷的进一步优化。

技术特征：

1.一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，其特征在于所述优化收敛条件为：

3.根据权利要求2所述的一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，其特征在于预设门限为开伞载荷峰值的2％。

4.根据权利要求1所述的一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，其特征在于开伞载荷峰值f满足如下条件：

5.根据权利要求4所述的一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，其特征在于所述收口面积按照从小至大的顺序遍历，不超过降落伞的最大展开面积。

6.根据权利要求4所述的一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，其特征在于开伞时间按照从大到小的顺序遍历，各级开伞时间的总和不超过减速时间tend。

7.根据权利要求4所述的一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法，其特征在于降落伞的数量np、每个降落伞的收口级数nsk按照从小至大的方式调整。

技术总结
本发明涉及一种超声速条件下降落伞减速方案的载荷优化方法,先通过设置降落伞的数量、每个伞的收口时间和收口阻力面积，得到适应不同减速要求的减速方案，通过多方案对比计算，得到可以满足着陆速度、减速时间和开伞载荷要求的降落伞减速方案，从满足要求的减速方案中，找到开伞载荷较小方案，再对开伞阻力面积和收口时间进行优化，最后得到超声速减速系统的载荷优化方案。

技术研发人员：黄明星,方康,冯瑞,贾贺,李博,王臻
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17