降落傘系統的案例
降落傘開傘CAE仿真
仿真背景：
降落傘系統作為一種高效、可靠的回收裝置，在我國載人飛船、返回式衛星的回收著陸以及美國火星探測器的著陸等過程中，都得到了廣泛的應用，LS_DYNA軟件是著名的顯式動力分析程序，具有強大精確的有限元仿真性能，擁有大量不同種類的單元模型、材料模型和算法選擇，能夠很方便地處理各種高度非線性問題。到目前為止，它是對降落傘充氣過程進行仿真的最優工具之一。
仿真工具：前處理：hypermesh14.0 求解器：LS_DYNA971R7
仿真結果：
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微信公眾號：名稱：“DR有限元”
號碼：“hello_cae”
展開 當飛行安全遇到航空工業造：兩架美國飛機相撞后……
1999年，西銳SR20投入市場：自此，西銳SR系列飛機成為了最早經過認證的裝有整機降落傘系統的機型。
CAPS原理
西銳整機降落傘系統（CAPS）是每一架西銳飛機的標準配置。降落傘系統的工作原理相當于汽車上的安全氣囊：飛機一旦在空中出現緊急情況，飛行員拉出駕駛艙頭頂面板上的紅色CAPS手柄。
降落傘存儲艙里由固體燃料帶動的小火箭自動彈出，小火箭從飛機后部攜帶降落傘向后側發射，并將嵌在機身內的CAPS固定背帶帶出。
幾秒鐘后，直徑約20米的傘衣即可展開，從而瞬時控制飛機的下降速度。最終通過特制的起落架、防滾架和西銳能量吸收技術（CEA）座椅等著陸操作系統進行緩沖，實現安全著陸。
半個世紀以來，通過為乘客提供附加的安全措施，西銳屢次被用戶譽為“最安全的飛機”。在西銳飛機擁有者與飛行員協會網站（www.cirruspilots.org）的CAPS Event History頁面，收錄了近些年CAPS系統幫助挽救的所有生命（最近的這次撞機事故也被記錄在內）——
截至2021年5月12日，西銳CAPS系統已實施104次救援，其中212名幸存者乘坐裝有卷云機身降落傘系統(CAPS)的飛機逃生。
展開 【降落傘數值模擬】超音速降落傘流固耦合數值模擬
超音速降落傘在航天工程中有著廣泛地應用。 中國第一次登陸火星的天問一號探測器于2021年5月15日在烏托邦平原的南部預定著陸區降落。 其中，最難的便 是降落 傘著陸過程。 超音速降落傘技術是減速環節中最難的一步，在使用降落傘時必須確保在低動壓、低音速、低動壓的情況下，而這個過程容易出現開傘困難、開傘不穩等狀況。 因此，采取合理的解決方式十分重要。 可利用XFlow軟件模擬流體運動，Abaqus軟件模擬降落傘的受力和運動，兩者結合來模擬真實情況下超音速降落傘的流固耦合運動。 下圖為數值模擬結果。
（1）當馬赫數為1.5時，超音速降落傘流固耦合數值模擬渦量變化結果：
（2）當馬赫數為0.3時，超音速降落傘流固耦合模擬結果流場變化結果：
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展開 降落傘流固耦合開傘仿真
1項目背景
降落傘作為一種氣動減速裝置，由于具有重量輕，體積小，穩定減速效果好，加工方便以及成本低等優點，在國防科學、民用技術及航空體育運動等領域中均得到了廣泛地應用。降落傘開傘充氣過程是一種快速大形變狀態下結構動力學與流體動力學耦合的復雜問題。首先，由于降落傘是個柔性織物透氣體，它在開傘過程中經歷了急劇的結構大變形，這是一個幾何非線性與材料非線性并存的瞬間大變形結構動力學問題。其次，傘衣內外的流場十分復雜。傘衣內部流動是顯著的湍流狀態；而傘衣外部，流場則存在著嚴重的分離現象；同時還有部分氣流透過傘衣織物。再次，在充氣過程中，傘衣的結構變形與傘衣周圍的流場變化的相互耦合也是十分復雜的。如：變形、透氣性影響了傘衣周圍壓力場的變化，而壓力場的變化反過來又對傘衣形狀產生影響，由此形成了一個復雜的、相互作用的過程。
總之，應該建立何種合適的數學模型來對其氣動力進行分析，還一直是困擾降落傘理論研究的一個難點和盲點問題。本文應用基于ALE（Arbitrary Langrangian Eulerian）的ESI流固耦合方法，對降落傘的開傘過程進行仿真分析，得到其充滿狀態與開傘動載隨時間變化規律，為降落傘的設計提供參考依據。
2模型建立
2.1折疊傘衣建模
折疊傘衣建模如圖1所示，傘衣上截面和下截面分別建立對應的傘幅，傘面依次填充即可，在建模過程中要保證上截面和下截面線性過渡。
圖1 折疊傘衣建模
2.2 網格劃分
幾何共分為傘衣、傘繩、動力源和空氣域四部分，最終劃分的網格如圖2所示。
展開 
LS-DYNA降落傘展開模擬
降落傘充氣過程的仿真結果及分析
4.1 降落傘充氣過程的數值模擬
4.1.1單降落傘充氣展開過程
流固耦合-降落傘
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祝融號傳回最新的火星照片，發現它的降落傘和保護罩
7月12日，中國的火星探測車——祝融號讓我們近距離觀察了它在5月安全降落紅色星球上時所使用的一些重要裝備。其中包括它的降落傘和后殼保護罩，它們靜靜地散落在烏托邦平原的紅色泥土上。
中國首輛火星探測車——祝融號和著陸器的合影
祝融用其前后兩組攝像頭拍攝了多張黑白照片，其中一張照片上還顯示了漫游車自己的“足跡”，最讓人驚嘆的是祝融號還拍攝了降落傘后殼組件的一幅彩色照片。（在穿越火星大氣層的途中，后殼覆蓋火星車及其著陸器，對它們進行保護。）
祝融號于2021年7月12 日拍下的降落傘和后殼彩色照片
祝融號是中國火星探測任務——天問一號任務的一部分，天問一號于2020年7月發射升空，并于今年2月抵達紅色星球的軌道，大約比NASA的毅力號早到達一個星期。拍攝這幅彩色照片時，祝融號距離后殼約30米遠，距離著陸點約350 米，后蓋結構保存完整，能夠看到明顯的燃燒痕跡。
祝融號從另一個角度拍攝到降落傘和后殼的黑白照片
5月15日，祝融號脫離天問一號軌道器并成功降落在紅色星球表面，使中國成為繼美國之后第二個成功在火星表面部署探測車的國家。（蘇聯的火星3號飛船于 1971年成功著陸，但僅2分鐘后就宣布失聯；歐洲航天局的小獵犬2號著陸器于2003年12月著陸，但隨后也失去聯系。）
這張照片也拍攝于7月12日，能清楚地看到祝融號的“足跡”
祝融號的設計壽命為90個火星日（約93個地球日），在任務期間，祝融旨在研究其周圍環境的地質和地形，以及尋找埋藏的水冰。如果一切按計劃進行，天問一號軌道飛行器除了執行自己的觀測任務外，還負責祝融號與地球間的通信中繼，它將至少運行一個火星年（約687個地球日）。
展開 NSC ExoMars高空投放降落傘試驗
更多信息請參考：HADT|ExoMars降落傘測試向前推進
HADT - High Altitude Drop Test
HADT就是高空投放測試，一般是使用高空氣球平臺把被測載荷（或人員）帶到臨近空間高度投放，利用勢能使被測載荷加速，可用于模擬火星大氣再入，飛船再入后的降落傘測試，超音速飛行器自由落體加速，高空極限超音速跳傘，微重力試驗等，是高空氣球的一種典型應用模式。
【流固耦合】降落傘充氣過程流固耦合分析
計算結果展示如下：
圖3 不同時刻降落傘充氣狀態（0s；0.3s；0.6s；1s）
降落傘充氣展開視角1
降落傘充氣展開視角2
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FSI案例 | CFX和Mechanical做降落傘的FSI耦合計算
在降落傘頂孔的6段圓弧邊上，設置位移=0的條件，即頂孔固定，如圖。頂孔固定是常用的處理手段，避免因為數值非對稱（如網格非對稱）引起頂孔的非物理晃動。
關閉Static Structural設置。
CFX設置
打開CFX的Setup，雙擊“Default Domain”，選中“Mesh Deformation”功能，如圖。
選擇6個傘衣曲面，設置wall邊界條件，把mesh motion設為由system coupling驅動。
在整個圓柱計算域的上、下端面分別設置Outlet和Inlet邊界條件。
如前所述，載荷重量固定為100N，通過Workbench參數“PayloadWeight”從Mechanical傳給CFX。
在計算過程中，CFX將調整來流速度，使得降落傘阻力能與載荷重量平衡，并借此計算傘-載荷系統的最終速度。
System Coupling設置
雙擊“System Coupling”的“Setup”， “Analysis Settings”定義了耦合計算的總步數，以及每一步耦合計算中，Mechanical和CFX求解器需要運行的迭代數。
網格的變形量是從Mechanical傳遞給CFX，力從CFX傳遞給Mechanical，如圖：
明確CFX比Mechanical先運行，如圖：
運行計算
點擊“System Coupling”中“Solution”上的Update，開始耦合計算。
計算結果
傘衣變形和繞降落傘流場的計算結果如圖所示。
內容來源：公眾號南京安世亞太，版權歸作者所有
展開 特拉弗吉亞即將完成TF-2飛行汽車設計
特拉弗吉亞還為TF-2增加了一套BRS航空公司的機體降落傘系統作為安全裝置，這套系統必須同時滿足適航和地面汽車的標準。這套降落傘系統安裝在駕駛室后方的容器內，由彈射火箭發射出去，屬于標準配置。
（航空工業發展研究中心 黃濤）
炫酷！“空中出租車”來了！擬2023年開始運營
無人機出租車不需要建造特殊的跑道，它可以降落在普通的停車場上，也可以機動到停車場，能夠運載兩人或300公斤的貨物，飛行速度達到200公里/小時。
目前，該無人機出租車正在盧日尼基體育場的室內競技場進行測試。該樣機正在測試“升空巡航”飛行模式，即起飛、著陸和水平飛行由不同的發動機組負責，并正在試驗一種用于緊急情況的降落傘系統。
另外，據相關媒體報道顯示，這家無人機公司的創始人在接受接受《大眾力學》雜志采訪時，他說，到2021年春天，莫斯科市政府計劃在斯科爾科沃建造一個新的平臺，用于測試無人機：該平臺將擁有5G信號，對無人機基于AI的控制系統進行改進，該控制系統負責繪制路線、操作無人機并確保飛行安全。
預計該公司將在2021年生產無人機出租車的首批生產機型。然而，到2023-2025年，俄羅斯獲得5G網絡，并且法律允許俄羅斯使用這樣的無人機，才能進入大規模使用。
展開 健將集團啟動SureFly電動垂直起降無人駕駛飛機的認證
第二架飛機將使用的混合電推進系統。使用300-350馬力雙沖程V型四缸活塞發動機，驅動200-250千瓦發電機，帶動座艙上方共軸安裝的8個螺旋槳。
SureFly無人機可搭載雙人飛1小時或單人飛2.3小時。電池可提供緊急落地的預備能量，或提供面臨突風所需的峰值能量。該機安裝了BRS技術公司的全機彈道降落傘，合沖擊吸收座椅和降落裝置，無人機可安全著陸。數字飛控系統將整合包線保護系統，一旦飛機進入不受保護空域或不穩定空間，電傳飛控系統將通知BRS降落傘系統自動開啟部署。
健將集團已經向FAA提交了27部的認證申請。因為構型的特殊性，該公司需演示可達到同等安全性的證明。其中，由于SureFly無人機的旋翼小無法自轉，因此需要證明無人機和直升機自轉時具有同樣的安全性。
SureFly健將集團計劃將SureFly業務獨立成立公司，已開始接受預定，定金1000美元，可退。無人機基礎售價20萬美元。2019年中將首飛較為完善的原型機。認證過程至少需要三年。
（航空工業發展研究中心 蔡琰）
展開 汽車巨變！剛剛，吉利打響第一槍！
同時，還配備了更加簡易操作的電子飛行信息系統（EFIS），以及安全氣囊、倒車后視，和全套降落傘系統！
二
這一刻，讓多少人無地自容！去年，李書福全資收購飛行汽車公司Terrafugia時，幾乎所有人都是嘲笑和諷刺。
這一刻，讓多少汽車公司慌了！他們永遠沒想到，把汽車送上藍天的，不是奔馳寶馬奧迪，而是中國的吉利。
曾經，幾乎每一個人在堵車的時候，都曾幻想：如果這時候能有一雙翅膀，讓我的汽車飛起來就好了。
今天，這已經不再是天方夜譚。因為李書福這個“瘋子”，因為吉利汽車的“偏執”，這一天真的來了！
火箭空間運載系統
最近美國NASA宣布借助飛馬座火箭，將8個小衛星組成的颶風全球導航衛星系統送入低地球軌道。
之所以發射這樣的颶風導航衛星系統是由于美國每年夏天一到總是會受到颶風的威脅，給國家和老百姓帶來巨大的經濟損失。希望通過在太空布置衛星系統研究颶風的形成過程及危害強度。據說，颶風的路徑預測是沒問題的，但是颶風的強度預測精度還是比較差。
其實，令人眼前一亮的是，美國此次運載發射系統不同于我們以往看到的火箭點火升空、衛星入軌的套路。而之所以出現這樣的運載發射系統，估計還是與經濟預算有很大關系。畢竟發射衛星一部分還是處于商業目的的，是要看利潤的。因此，隨著發射系統的演變，可重復使用的運載系統將是未來空間運載發射系統的重要發展方向。
按照系統是否可以重復使用來說，大體可以劃分為兩類。
第一類是基本的、常見的發射系統，可以說是不存在可重復使用的結構。整個一個大火箭把衛星系統發射到軌道，而火箭發射系統也“壽終正寢”，要么掉入大海，要么墜入沙漠無人區。
歐空局的阿里安-5運載火箭
另一類，估計要歸功于上世紀70年代美國的航天發展，那段時間，美國忙著與前蘇聯開展太空競賽，蘇聯人加加林進入太空，美國人就要登陸月球。而那時美國還繪制了征服整個宇宙的夢想，建立太空空間站和月球基地，把月球基地作為跳板，進而向其他星球和星系飛行。為了實現這個夢想，美國人開展了熱火朝天的研究，而航天飛機就是那時的產物。
美國上世紀冷戰時期研發的航天飛機
航天飛機的運載發射系統中采用了可重復利用的助推器和航天飛機，而外掛燃料箱在落入大氣層后會燒毀。助推器在飛行一段時間后，與航天飛機分離，自帶的降落傘系統啟動，最終降落在大西洋上。
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