專利名稱：：傘衣織物透氣性計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本計算方法涉及降落傘傘衣的透氣性研究，首次引用多孔介質(zhì)邊界條件來模擬降落傘傘衣織物的透氣性，有效而真實地模擬了氣流流過透氣體的流場結(jié)構(gòu)，解決了目前亟待解決的傘衣織物透氣性的模擬問題。
背景技術(shù)：
：透氣性是降落傘織物的重要指標(biāo)之一，降落傘的氣動特性很大程度上是由降落傘織物的透氣性決定的。諸如傘衣充氣時間、開傘動載、穩(wěn)定性以及下降速度等降落傘的重要性能都與傘衣織物的透氣性有關(guān)。但是，由于降落傘是個柔性透氣體，它在工作過程中的變形、透氣性都影響了傘衣周圍壓力場的變化，壓力場的變化反過來對傘衣的形狀有影響，由此形成了復(fù)雜的相互作用的過程。在降落傘開傘過程中，這一現(xiàn)象尤為復(fù)雜。因此建立何種合適的模型對其進(jìn)行氣動力研究一直是困擾降落傘理論向前發(fā)展的難點和盲點問題。最近有研究者采用商用軟件對傘衣織物透氣性進(jìn)行了研究(賈賀，榮偉，陳國良，基于LS-DYNA的降落傘傘衣織物透氣性參數(shù)仿真驗證[J]，航天返回與遙感，2009，30(1):15-19)但從文獻(xiàn)中可看出，隨著速度的減少計算結(jié)果與試驗結(jié)果誤差增大，當(dāng)流速為20m/s時，二者誤差達(dá)到了9%，進(jìn)一步減小流速，誤差會進(jìn)一步增大，因此該方法在流速低時不可靠。
發(fā)明內(nèi)容為了解決目前亟待解決的傘衣織物透氣性的模擬問題。首次引用多孔介質(zhì)邊界條件來模擬降落傘傘衣織物的透氣性，有效而真實地模擬了氣流流過透氣體的流場結(jié)構(gòu)，求得氣流透過透氣體時的壓力損失。本計算方法所采用技術(shù)方案是第一步使用傘衣材料的透氣性實驗數(shù)據(jù)擬合得到一個壓力損失與透氣速度之間的二次多項式關(guān)系。對多孔介質(zhì)進(jìn)行一維簡化，"壓力損失-透氣速度"關(guān)系由以下公式給定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中ii是流體粘性系數(shù)，P為流體密度，a是介質(zhì)的透氣系數(shù)，C2是壓力躍變系數(shù)，v是垂直于介質(zhì)表面的速度大小(即透過傘衣表面的氣流速度)，Am是介質(zhì)厚度(即傘衣厚度)。a、G和Am是多孔介質(zhì)邊界條件中需要設(shè)置的參數(shù)。從公式(1)中可見，壓力損失Ap表示為透氣速度v的二次函數(shù)。對傘衣材料進(jìn)行透氣性試驗，獲得不同氣流速度v對應(yīng)的壓力損失Ap。對試驗結(jié)果進(jìn)行二次多項式插值擬合。得到v壓力損失Ap之間的二次函數(shù)關(guān)系式Ap=av2+bv(2)式中，a，b為已知的常數(shù)。比較(1)式和(2)式，可得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>第二步設(shè)定傘衣厚度Am，使用二次多項式的系數(shù)求出傘衣透氣性參數(shù)a和C2。透過傘衣的氣體密度P和氣體粘性系數(shù)可根據(jù)降落傘工作高度來定，因此P和P是已知數(shù)。那么，根據(jù)傘衣材料，給定傘衣厚度Am，則可根據(jù)(3)式求出傘衣透氣性參數(shù)a和C2第三步使用參數(shù)Am、a和C2對多孔介質(zhì)邊界條件進(jìn)行設(shè)置。對降落傘流場進(jìn)行求解的過程中，即可根據(jù)來流速度v得出傘衣內(nèi)外的壓力差A(yù)p。邊界條件進(jìn)行設(shè)置即把求得的a和C2代入(1)中，給定傘衣厚度Am，則可得到傘衣"壓力損失_透氣速度"的二次關(guān)系式。本計算方法的有益效果是模型更接近傘衣的物理模型，結(jié)果更可靠，計算過程簡單。圖1是二次多項式曲線擬合結(jié)果。圖2是透氣性驗證計算模型的邊界條件和網(wǎng)格示意圖。圖中1.速度入口，2.多孔介質(zhì)(傘衣)，3.壓力出口具體實施例方式下面以602錦絲66綢為例進(jìn)行計算模型驗證。首先對多孔介質(zhì)進(jìn)行一維簡化，"壓力損失_透氣速度"關(guān)系由以下公式給定,"1'<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中是流體粘性系數(shù)，P為流體密度，a是介質(zhì)的透氣系數(shù)，C2是壓力躍變系數(shù)，v是垂直于介質(zhì)表面的速度大小，Am是介質(zhì)厚度。a、(:2和Am是多孔介質(zhì)邊界條件中需要設(shè)置的參數(shù)。從公式(1)中可見，壓力損失Ap表示為透氣速度v的二次函數(shù)。在實際計算中，流體粘性系數(shù)P、流體密度P和介質(zhì)厚度Am為已知量，還有a和G兩個參數(shù)需要確定。如果已知一組透氣速度和壓力損失的實驗數(shù)據(jù)，則可以通過對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項式插值的方法確定a和C2兩個參數(shù)。表1中的第一二列為602錦絲66綢透氣速度與壓力損失的一組實驗數(shù)據(jù)，采用過原點的二次多項式對這組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合(如圖1所示)可得Ap=133.34v2+79.386v(2)比較式(2)和式(1)，由對應(yīng)常數(shù)項相等可得1<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下空氣密度P為1./m粘性系數(shù)y為1.726X10—5kg/ms，設(shè)介質(zhì)厚度Am為0.0005m，則由以上兩式計算可得C2=435395.9，a=1.1270X10—10為了驗證采用多孔介質(zhì)邊界條件模擬降落傘傘衣透氣性的可靠性，制作了一個如圖2所示的計算模型。該模型的計算域為二維長方形"通道"，側(cè)邊指定為周期邊界，多孔介質(zhì)邊界設(shè)置在"通道"中間位置，相當(dāng)于在通道中間加了一層"透氣膜"，在速度入口指定空氣流速，壓力出口設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。使用所編寫的程序?qū)υ撃Ｐ瓦M(jìn)行計算直至收斂后，可以得到速度入口和壓力出口之間的壓力差，此壓力差即為多孔介質(zhì)邊界模擬的"透氣膜"在當(dāng)前流速(即透氣速度)下的壓力損失。根據(jù)之前對602錦絲66綢透氣參數(shù)的計算，設(shè)定多孔介質(zhì)邊界的參數(shù)為Am=0.0005mC2=435395.9，a=1.1270X10—1CI。將速度入口的空氣流速分別設(shè)定為表1中的速度，即可計算得到相應(yīng)的壓力損失數(shù)值。壓力損失計算值與實驗值的對比如表l的第二三列所示，可以看出，在流速非常低的情況下，誤差也不超過5%。表1中的壓力損失計算值與使用之前得到的擬合公式Ap=133.34v2+79.386v計算的結(jié)果吻合較好。因此，使用公式(1)可以較精確地將透氣速度與壓力損失之間的關(guān)系加入到流場數(shù)值模擬中。以上驗證表明，可以使用多孔介質(zhì)邊界條件模擬降落傘傘衣的透氣特性，其具體設(shè)置步驟為(l)使用傘衣材料的透氣性實驗數(shù)據(jù)擬合得到一個壓力損失與透氣速度之間的二次多項式關(guān)系；(2)設(shè)定傘衣厚度Am，使用二次多項式的系數(shù)求出a和C2;(3)使用參數(shù)Am、a和(:2對多孔介質(zhì)邊界條件進(jìn)行設(shè)置，則可得到傘衣"壓力損失-透氣速度"的二次關(guān)系式。在對降落傘流場進(jìn)行求解的過程中，即可根據(jù)來流速度v得出傘衣內(nèi)外的壓力差A(yù)p。表l602錦絲66綢透氣速度與壓力損失的計算值與實驗值對比<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求一種傘衣織物透氣性計算方法，其特征在于包括以下過程第一步使用傘衣材料的透氣性實驗數(shù)據(jù)擬合得到一個壓力損失與透氣速度之間的二次多項式關(guān)系；對多孔介質(zhì)進(jìn)行一維簡化，“壓力損失-透氣速度”關(guān)系由以下公式給定<mrow><mi>Δp</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mfrac><mi>μ</mi><mi>α</mi></mfrac><mi>v</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>C</mi><mn>2</mn></msub><msup><mi>ρv</mi><mn>2</mn></msup><mo>)</mo></mrow><mi>Δm</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中μ是流體粘性系數(shù)，ρ為流體密度，α是介質(zhì)的透氣系數(shù)，C2是壓力躍變系數(shù)，v是垂直于介質(zhì)表面的速度大小(即透過傘衣表面的氣流速度)，Δm是傘衣厚度；α、C2和Δm是多孔介質(zhì)邊界條件中需要設(shè)置的參數(shù)；從公式(1)中可見，壓力損失Δp表示為透氣速度v的二次函數(shù)；對傘衣材料進(jìn)行透氣性試驗，獲得不同氣流速度v對應(yīng)的壓力損失Δp；對試驗結(jié)果進(jìn)行二次多項式插值擬合；得到v壓力損失Δp之間的二次函數(shù)關(guān)系式Δp＝av2+bv(2)式中，a，b為已知的常數(shù)。比較(1)式和(2)式，可得<mrow><mi>a</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>C</mi><mn>2</mn></msub><mi>ρΔm</mi><mo>,</mo></mrow><mrow><mi>b</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>μ</mi><mi>α</mi></mfrac><mi>Δm</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>第二步設(shè)定傘衣厚度Δm，使用二次多項式的系數(shù)求出傘衣透氣性參數(shù)α和C2；透過傘衣的氣體密度ρ和氣體粘性系數(shù)μ可根據(jù)降落傘工作高度來定，因此ρ和μ是已知數(shù)；那么，根據(jù)傘衣材料，給定傘衣厚度Δm，則可根據(jù)(3)式求出傘衣透氣性參數(shù)α和C2第三步使用參數(shù)Δm、α和C2對多孔介質(zhì)邊界條件進(jìn)行設(shè)置；對降落傘流場進(jìn)行求解的過程中，即可根據(jù)來流速度v得出傘衣內(nèi)外的壓力差Δp；邊界條件進(jìn)行設(shè)置即把求得的α和C2代入(1)中，給定傘衣厚度Δm，則可得到傘衣“壓力損失-透氣速度”的二次關(guān)系式；全文摘要一種傘衣織物透氣性計算方法，該方法首次引用多孔介質(zhì)邊界條件來模擬降落傘傘衣織物的透氣性，有效而真實地模擬了氣流流過透氣體的流場結(jié)構(gòu)，解決了目前亟待解決的傘衣織物透氣性的模擬問題。計算方法所采用計算步驟為(1)使用傘衣材料的透氣性實驗數(shù)據(jù)擬合得到一個壓力損失與透氣速度之間的二次多項式關(guān)系；(2)設(shè)定傘衣厚度Δm，使用二次多項式的系數(shù)求出傘衣透氣性參數(shù)α和C2；(3)使用參數(shù)Δm、α和C2對多孔介質(zhì)邊界條件進(jìn)行設(shè)置。經(jīng)過以上設(shè)置，則可得到傘衣“壓力損失-透氣速度”的二次關(guān)系式。在對降落傘流場進(jìn)行求解的過程中，即可根據(jù)來流速度v得出傘衣內(nèi)外的壓力差Δp。文檔編號B64D17/00GK101727541SQ20091023256公開日2010年6月9日申請日期2009年12月7日優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日發(fā)明者尚小娟,張紅英,楊發(fā)友,童明波,高樹義申請人:南京航空航天大學(xué)