南京航空航天大学余莉获国家专利权
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龙图腾网获悉南京航空航天大学申请的专利一种降落伞伞衣撕裂的预测方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115310387B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-03发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211070085.1,技术领域涉及:G06F30/28;该发明授权一种降落伞伞衣撕裂的预测方法是由余莉;聂舜臣;李岩军;仇博文设计研发完成,并于2022-09-02向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种降落伞伞衣撕裂的预测方法在说明书摘要公布了:本发明提供了一种降落伞伞衣撕裂的预测方法,采用流固耦合数值计算的方法,获得高速非定常流场下伞衣应力及外形变化,基于第一强度理论自动确定伞衣撕裂位置,通过对伞衣结构及流场重构循环计算,预测伞衣最终撕裂外形及伞衣气动性能的变化。本发明能准确预测降落伞高速开伞时的撕裂位置及扩展方向,实现撕裂影响下伞衣的气动性能预测,节约降落伞开伞验证试验成本,提高降落伞设计效率及回收系统的可靠性。
本发明授权一种降落伞伞衣撕裂的预测方法在权利要求书中公布了:1.一种降落伞伞衣撕裂的预测方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1,基于降落伞的结构参数及折叠外形,建立伞衣织物折叠开伞的结构计算模型,根据开伞工况建立流场网格数学模型; 步骤2,计算获得伞衣结构外形及流场的非定常变化,并实时计算伞衣织物单元的结构应力; 步骤3,基于伞衣材料应力破坏准则自动判断织物撕裂产生,输出撕裂位置,根据伞衣变形及撕裂位置重构伞衣结构计算模型; 步骤4,根据伞衣结构计算模型重构流场网格数学模型,重复步骤2~步骤3,实时输出伞衣外形及气动性能,直至降落伞气动载荷稳定; 步骤2中,采用任意拉格朗日欧拉法耦合伞衣结构及流场,伞衣结构外形的非定常变化采用拉格朗日方法建模计算,结构计算模型中织物单元的控制方程为: 其中,为网格节点在i方向位移的时间导数,ρs为伞衣密度,t为时间,σsij,j为结构应力张量在j方向的偏导数,fis为结构单元在i方向的体积力; 流场的非定常变化采用欧拉法建模计算,流场网格单元的控制方程为: 其中,为偏导数运算,ρf为流场密度,vi是结构沿i向速度,xi表示欧拉坐标,wi是沿i向网格节点速度,为流场的应力张量,fif为流场的体积力,e是能量。 2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤3包括:采用如下公式计算伞衣织物应力其中,I1、I2为应力不变量,φ为主应力方向与坐标轴夹角,计算公式为: 为结构应力张量σsij中的不同方向对应的元素。 3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤3中,根据第一强度理论来判断伞衣织物结构撕裂:如果伞衣织物应力为失效应力,则织物结构强度失效形成撕裂点,将撕裂处对应伞衣织物单元自动清除,然后根据撕裂点输出撕裂位置。 4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤3中,撕裂后伞衣织物刚度降低,结构的刚度矩阵由组成结构的伞衣织物单元刚度矩阵获得: 其中,n为结构含有总单元数,K为m单元失效后结构的整体刚度矩阵,Ki、Km分别为单元i对应刚度矩阵、单元m对应刚度矩阵,结构的应变ε为: 其中,表示几何算子矩阵;N为单元的形状函数矩阵,q为网格节点的位移矩阵,P为单元的外载荷矩阵; 破损重构后织物单元的应力张量σs表示为: 其中,A为关于泊松比的三阶矩阵,E为弹性模量,v为泊松比,σs为结构应力张量σsij构成的矩阵。 5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤4中,根据伞衣充气变形及撕裂位置实时修正流场边界条件,流场及结构的网格节点满足如下方程: 其中,f为流场的输运函数,Xi为拉格朗日坐标。 6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,步骤4中,根据步骤2和步骤3得到的计算结果以及流场网格节点运动方程确定伞衣表面压力,获得伞衣外形及气动性能。
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