Modeling of parachute opening process by wind tunnel test and structural coupled fluid analysis

通过风洞试验和结构耦合流体分析对降落伞打开过程进行建模

基本信息

批准号：
22K04544
负责人：
高柳大樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究においては地球往還機や惑星探査機において大気突入機の減速機構として広く用いられているパラシュートの開傘過程の詳細なモデル化を目指して研究を進めている。これらの大気突入機では質量とともに容積が限られるが、パラシュートは高い占有率を閉めており、開傘過程の詳細なモデル化を達成することで事前の強度や空力性能の予測精度の向上、安全率の適切な設定を獲得することを目的としている。2022年度は風洞実験において繰り返し使用可能なパラシュート放出機構の開発とパラシュート開傘過程を観察するための小型高速カメラを導入・動作確認を行った．パラシュート放出機構としては空気式と非火薬式の2種類の試作品を製作し、動作確認を行った。空気式パラシュート放出機構においては空気貯気槽の高圧化を図るためにシェアピンを導入したが、ある一定の圧力までは高圧化に成功したが、さらなる高圧化には放出機構全体の構造強度を強化する必要があり，風洞試験モデルのサイズ内で達成することは困難であることがわかった。一方で、非火薬式パラシュート放出機構は非火薬の装薬を選ぶことで容易に高速放出を可能にできることがわかったため、今後はこちらを採用することに決定した。また上記パラシュート放出試験を実施する際に小型高速カメラによるパラシュート放出過程の連続画像撮影に成功したが，詳細な開傘過程の画像取得にはさらなる光学系の最適化が必要であることが分かった。

在这项研究中，我们的目标是创建降落伞打开过程的详细模型，该模型被广泛用作地球返回飞行器和行星探测器中大气进入飞行器的减速机制。这些进入大气层的飞行器在质量和体积上都受到限制，但降落伞的闭合率很高，通过实现打开过程的详细建模，可以提高提前预测强度和气动性能的准确性，并改善目的是获得适当的速率设置。 2022财年，我们在风洞实验中开发了可重复使用的降落伞释放机构，并安装并验证了小型高速摄像机的操作，以观察降落伞打开过程。制造了两种类型的原型降落伞释放机构：空气型和非爆炸型，并确认了它们的操作。在气动降落伞释放机构中，为了增加储气罐内的压力，引入了剪销，虽然压力可以增加到一定程度，但需要加强整个释放机构的结构强度事实证明，在风洞测试模型的尺寸内，这很难实现。另一方面，我们发现非爆炸降落伞释放机构可以通过选择非爆炸装药轻松实现高速释放，因此我们决定在未来使用这种机制。另外，在进行上述降落伞释放测试时，我们成功地利用小型高速相机捕捉到了降落伞释放过程的连续图像，但发现需要进一步优化光学系统才能获得降落伞的详细图像释放过程。