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我国降落伞流固耦合仿真技术取得重大突破

2018-6-3 14:39| 来源: 中国航空报 |作者: 刘灿萍| 查看: 1220| 评论: 0| 责编: 潜艇4809

摘要:   经过持续不懈的努力,航空工业航宇降落伞仿真技术研究项目团队成功攻克了伞衣立体成形和勾挂处伞衣大变形的仿真两大关键技术,实现了稳定伞的流固耦合仿真。
  经过持续不懈的努力,2018年4月,航空工业航宇降落伞仿真技术研究项目团队成功攻克了伞衣立体成形和勾挂处伞衣大变形的仿真两大关键技术,实现了稳定伞的流固耦合仿真,仿真结果与相关试验数据高度吻合!
  该技术的重大突破,是航空工业航宇领导重点关注、部门上下通力合作、技术人员不畏困难刻苦攻关的结果,不仅为公司节省了大量的外协费用,更重要的是及时解决了相关型号研制中的技术问题,缩短了产品研制周期,为公司型号研制工作提供了可靠的保障。
  回首那些攻关的不眠之夜,项目团队的成员既有自豪、感动,也有艰辛和挑战,然而更多的是沉甸甸的责任与压力。
立足长远,确定降落伞仿真目标
  仿真技术的应用不仅可以大大减少试验的比重和设计的盲目性,同时还能节省巨额的设计费用,缩短设计周期。因此,作为公司技术体系的重要组成部分,仿真技术对公司产品的研发起着积极的推进作用,是公司研发系统的重要力量。
  而作为公司仿真技术体系中的一个重要分支,近年来,在降落伞仿真技术研究方面公司也取得了一定的进展:一方面,公司根据降落伞运动的经典理论,结合工程经验方法,编制了降落伞质点和六自由度运动程序,在一定程度上满足了工程需求。另一方面,通过引进俄罗斯降落伞稳态仿真软件进行二次开发和工程化应用,进一步提升了仿真技术对产品研发的指导作用。但是,由于俄罗斯稳态仿真软件没有并行计算功能,伞衣网格数不能大于1000,因此,只能仿真较小伞的阻力特征,适用的范围非常有限。由于无法掌握降落伞充气流固耦合仿真技术,加上缺乏仿真工具,2010~2014年期间,公司只能通过外协的方式,先后花费数百万元进行降落伞充气过程流固耦合仿真。然而,通过外协的方式虽然在一定程度上满足了公司产品研制的需求,但是由于缺少仿真技术的核心,公司只能从合作方提供的数据对仿真进行判断,对模型是否真实反映了降落伞的参数和工作环境则无法进行有效判断。
  “降落伞核心仿真技术一定要掌握在我们自己的手上!”
  “应用技术部要加快降落伞动态仿真技术研究,尽快在救生伞等产品研制仿真中实现突破。”
  基于公司长远发展的考虑,2016年底至2017年初,公司总经理周方、副总经理王炜先后对降落伞仿真工作做出批示,要求应用技术部尽快成立项目组,抽调精兵强将,全力以赴开展了降落伞仿真技术的研制工作,尽快攻克降落伞核心仿真技术的瓶颈。

积极探索,为降落伞仿真搭好台
  为降落伞仿真搭好台,是进行降落伞动态仿真的前提。为此,需进行降落伞仿真软件的引进及硬件配套工作。
  为落实仿真软件引进工作,项目团队通过认真研究分析和讨论,最终确定在“防护救生综合仿真系统(二期)”项目中进行仿真软件的引进工作。目标确定,就需快马拨鞭,风雨兼程。为了早日完成目标任务,项目组长杨辉、项目成员吴铭、吴亮积极作为,对项目中增加救生伞射伞动态仿真模块进行了可行性分析。并在此基础上,主动与技改部、信息部充分沟通,在先后征得公司主管领导同意和上级组织批复的基础上,将该项目分为两个部分,其中“救生伞射伞动态仿真模块”部分就是专门为降落伞仿真软件引进而设置的。在应用技术部、信息管理部、技改部、物资供应部的通力合作下,成功引进了降落伞动态仿真软件LS-DYNA,为降落伞充气过程流固耦合仿真的研究提供了前提。
  由于降落伞动态仿真软件立足于型号工程研制,突出并行计算功能,其对安装平台要求较高。为此,吴亮多次与软件厂商沟通,确定软件安装平台的技术要求,并积极协调信息管理部与硬件平台公司洽谈具体配置及进度要求,促进了软件安装平台的到货安装,保证了软件的安装、调试和运行,为降落伞仿真奠定了基础。
  “现在说起前期准备,一句而过,但当时确实很辛苦,大家不分白天黑夜地讨论、修改、完善软件引进计划,进行可行性分析……为了能搜集资料、寻找适合的软件厂商,大家加班加点,四处奔走,逾越了一个又一个障碍,攻克了一个又一个难题,终于取得了关键性的胜利。”项目组组长杨辉在回忆项目攻坚准备工作时感慨地说。
补齐短板,为降落伞仿真唱好戏
  根据相关调研情况,降落伞仿真软件应用难度高。如果软件培训工作做得不好,对今后的应用将产生不利影响。为此,吴铭、官本和根据产品的研制流程,着眼于软件应用需求,对培训功能点进行了认真讨论和细致分析,明确了技术培训的重点和要点,并对软件方需提供的技术资料(技术说明书、用户使用手册、培训手册等)进行了规范,既为现有技术人员也为后续技术人员学习、培训、应用提供了遵循。
  降落伞仿真软件的应用是重中之重。而在降落伞仿真技术中,流固耦合技术和动网格技术是两大技术门槛,要将其应用到工程实际中、达到工程实用的精度,还有更多细化的工作要做。以官本和、胡雪鹏为主的技术团队,在多年潜心研究积累相关技术知识的基础上,对基于LS-DYNA的流固耦合技术和动网格技术等核心技术进行了钻研,解决了大量工程实际问题,使仿真精度越来越高,终于在降落伞充气流固耦合仿真方面取得重大进展。
  谈起此次降落伞仿真技术攻关工作,项目组年轻的技术人员感慨良多,他们表示:“能参加该项目的攻关,并取得重大突破,我们感到无比的光荣和自豪,这种荣誉感和成就感即使是让我们吃再多的苦也是值得的。”|既是航空人,就知责任大,既做新装备,就得多辛苦。他们唯一的希望就是通过自己的不懈努力,尽早取得降落伞核心仿真技术的突破。
集智攻关,降落伞仿真结硕果
  披星戴月,披荆斩棘。无数个日日夜夜的科研攻关,每一步走来都充满艰辛,每步的成功都是团队集智攻关、敢于创新的成果。虽然大家感到肩上的担子很重,但仍充满了必胜的信心。他们认真梳理设计思路,冷静分析符合性方法,谨慎制定验证试验原则,尽量避免少走弯路:对每一个细节、每一次改动,精雕细刻,从每个设计图到每个部件一遍一遍地审查,修改再修改。
  从最初就参与项目论证工作的专家吴铭深有感触地说:“从项目的提出到仿真软件的引进,再到关键技术的突破,各项论证成功,我们先后花费了好几年。”这些年里,以官本和为主的技术团队直面问题,攻坚克难,尽管问题层出,一波三折,但他们知道,在这条极具挑战性的科技创新路上,只有坚持走下去,才能拨开迷雾见曙光。
  功夫不负有心人,经过辛勤的付出和奋力攻关,凝聚着项目团队智慧与辛劳的降落伞仿真技术终于结出了累累硕果:
  2015年8月,技术团队成功实现了将俄罗斯翼伞仿真软件建立的伞模型导入LS-DYNA,并在LS-DYNA中实现了翼伞的自由飞流固耦合仿真。
  2016年6月,完成了通用飞机救生伞阻力系数和摆角的仿真。从伞自由飞流固耦合仿真得到的曲线可以看出,伞的摆角有逐渐变小的趋势,最终会稳定在12°左右。
  2016年9月,完成了人用伞空投试验稳定伞工作过程的流固耦合仿真,得到了不同高度和速度下假人稳定伞的性能参数。
  2016年9月,完成了模型救生伞的阻力系数仿真。技术团队创新性地用模拟伞自由飞的方法获得阻力系数为1.05,与试验值相差不到10%。用CFD软件计算伞的阻力系数,一般不超过0.9。
  2017年6月,完成了某型救生伞的开伞过载仿真。这是公司首次自主进行的开伞过载仿真。
  2017年9月,完成了某大型投物伞的阻力特征仿真。仿真结果表明,开缝伞比原型伞的阻力特征仅低0.2%。
  2018年3月,完成了某伞的阻力特征仿真,为此型伞应用于工程实际提供了技术支撑。
  2018年3月,降落伞的流固耦合仿真成果在南京机电进行现场展示,得到与会人员的充分肯定和认可,相关仿真技术方法和仿真结果代表了国内现有最高水平。
……
  航空工业航宇降落伞仿真技术研究项目团队虽然成功解决了降落伞充气流固耦合仿真方面的许多问题,但团队成员也充分意识到,在相关伞类和气囊类产品仿真中,仍有无数的技术难题就在前面。面对前进中的困难,大家决心继续发扬敬业爱岗、不畏艰险、务实创新的精神,扫除前进道路上的一道道障碍,不断提高仿真软件的并行应用能力,确保降落伞流固耦合仿真在国内的领先地位,并将其转换为企业的发展优势,为促进公司又好又快发展,为加强国防、报效祖国再立新功。

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