Математическая модель пространственного движения управляемой парашютно-тросовой системы типа «ветролет»
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-4-17-24Ключевые слова:
математическая модель, парашютно-тросовая система, управляемый парашют, аэродинамика купола, сила натяжения тросаАннотация
Представлено математическое моделирование пространственного движения управляемой парашютно-тросовой системы типа «ветролет». Рассматриваемая система представляется моделью, составленной из основного парашюта и тормозного парашюта, соединенных тросом. Основной парашют считается твердым телом, имеющим две плоскости симметрии, а тормозной парашют - осесимметричным твердым телом. Трос рассматривается как абсолютно гибкая упругая нить, соединенная идеальными шарнирами с основным и тормозным парашютами. Управление основным парашютом осуществляется путем изменения длины управляющих строп, вызывающего деформацию купола и, как следствие, изменение его аэродинамики. При одновременном изменении длины управляющих строп происходит маневрирование основного парашюта в вертикальной плоскости, а при изменении длины управляющих строп с заданной разностью хода - пространственное маневрирование основного парашюта. Составлена система динамических и кинематических уравнений пространственного движения основного парашюта, тормозного парашюта и троса. В случаях, когда основной и тормозной парашюты соединены тросом, массой которого и приложенными к нему силами пренебречь нельзя, его движение представляется уравнениями движения абсолютно гибкой упругой нити в проекциях на оси естественного трехгранника. В результате предлагаемая математическая модель представляется системой обыкновенных дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных, для решения которых могут быть использованы различные численные методы или комплексный численно-аналитический подход. Например, при решении методом характеристик аналитическая часть исследования включает нахождение характеристик и запись соответствующих характеристических уравнений с последующим их численным интегрированием.Библиографические ссылки
Jóźwiak A., Kurzawiński S. The Concept of Using the Joint Precision Airdrop System in the Process of Supply in Combat Actions. Systemy Logistyczne Wojsk, 2019, vol. 51, no. 2, pp. 27-42. DOI: 10.37055/slw/ 129219.
Fields T., Yakimenko O. Development of a Steerable Single-Actuator Cruciform Parachute. J. of Aircraft, 2018, vol. 55, no. 3, pp. 1041-1049. DOI: 10.2514/1.C034416.
Fields T., LaCombe J., Wang E. Time-Varying Descent Rate Control Strategy for Circular Parachutes. J. of Guidance Control and Dynamics, 2015, vol. 38, no. 8, pp. 1468-1477. DOI: 10.2514/1.G000627.
Gao X., Zhang O., Chen Q., Wang W. Fluid-structure Interactions on Steerable Cruciform Parachute Inflation Dynamics. 5th International Conference on Mechanical and Aeronautical Engineering (ICMAE 2019), Series: Materials Science and Engineering, 2019, vol. 751.
Fagley C., Seidel J., McLaughlin T., Noetscher G., Rose T. Computational Study of Air Drop Control Mechanisms for Cruciform Parachutes. AIAA 2017-3541, Session: Aerodynamic Decelerator Systems: Aerial Delivery, 2017. DOI: 10.2514/6.2017-3541.
Ledkov A. Modeling the spatial motion of a space tether system with an inflatable balloon for raising payload orbit. International Conference on Information Technology and Nanotechnology (ITNT), 2020, pp. 1-5. DOI: 10.1109/ITNT49337.2020.9253250.
Negrean I., Kacso K., Schonstein C., Duca A., Rusu F., Cristea F., Haragas S. New Formulations on Motion Equations in Analytical Dynamics. Applied Mechanics and Materials, 2016, vol. 823, pp. 49-54. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.823.49.
Roithmayr C., Beaty J., Pei J., Richard Barton R., Matz D. Linear Analysis of a Two-Parachute System Undergoing Pendulum Motion. AIAA 2019-3378, Session: Parachute Modeling and Analysis, 2019. Available at: https://doi.org/10.2514/6.2019-3378
Jing Pei J. Nonlinear Analysis of a Two-Parachute System Undergoing Pendulum Motion. AIAA 2019-3379, Session: Parachute Modeling and Analysis, 2019. Available at: https://doi.org/10.2514/6.2019-3379.
Чуркин В. М. Устойчивость и колебания парашютных систем. Москва : URSS, 2018. 230 с.
Иванов П. И. Расчет аэродинамической нагрузки на планирующий парашют при его развертывании и перегрузке, действующей на сбрасываемый объект // Авиационная и ракетно-космическая техника. 2021. Т. 28, № 2. С. 115-126. DOI: 10.34759/ vst-2021-2-115-126.
Li G., Shi G., Zhu Z.H. Three-Dimensional High-Fidelity Dynamic Modeling of Tether Transportation System with Multiple Climbers. JGCD, 2019, vol. 42, no. 8. DOI: 10.2514/1.G004118.
Htun T. Z., Suzuki H., Kuwano A., Tomobe H. Numerical Motion Analysis of ROV coupled with Tether Applying 24-DOFs Absolute Nodal Coordinate Formulation. Proc. of the Twenty-ninth International Ocean and Polar Engineering Conference, 2019, vol. 1, p. 1553. ISBN 978-1 880653 85-2; ISSN 1098-6189.
Suzuki H., Tomobe H., Kuwano A., Takasu K., Htun T.Z. Numerical Motion Analysis of ROV applying ANCF to Tether Cable Considering its Mechanical Property. Proc. of the Twenty-eight International Ocean and Polar Engineering Conference, 2018, vol. 1, pp. 365-372. ISBN 978-1-880653-87-6; ISSN 1098-6189.
Suzuki H., Yamazoe A., Htun T.Z. Numerical Modeling of Cable-winch System for ROV Launching and Recovering Processes based on the Finite Element Approach. Proc. of the Thirtieth International Ocean and Polar Engineering Conference, 2020, vol. 1, p. 1287. ISBN 978-1-880653-84-5; ISSN 1098-6189.
Liu C., Ding L., Gu J. Dynamic Modeling and Motion Stability Analysis of Tethered UAV. 5th International Conference on Robotics and Automation Sciences (ICRAS), 2021, pp. 106-110. DOI: 10.1109/ ICRAS52289.2021.9476254.
Migliore H., McReynolds E. Ocean Cable Dynamics Using on Orthogonal Collocation Solution. AIAA J., 1982, vol. 20, no. 8, pp. 1084-1091.
Razoumny Y., Kupreev S., Misra A.K. Method of Tethered System Control for Deorbiting Objects Using Earth’s Atmosphere (IAA-AAS-DyCoSS3-152 - AAS 17-923), 2017. Available at: https://www.univelt.com/linkedfiles/v161%20Contents.pdf
Razoumny Y., Kupreev S., Misra A.K. The Research Method of Controlled Movement Dynamics of Tether System / Conference: First IAA/AAS SciTech Forum on Space Flight Mechanics and Space Structures and Materials. IAA-AAS-SciTech2018-113 - AAS 18-832, 2020, pp. 417-432. Available at: https://www.univelt.com/linkedfiles/v170%20Contents.pdf
Williams P., Lansdorp B., Ockels W. Optimal Crosswind Towing and Power Generation with Tethered Kites. J. of Guidance, Control, and Dynamics, 2009, vol. 31, no. 1, pp. 81-93. DOI: 10.2514/1.30089.
