降落伞matlab建模,基于MATLAB降落伞拉直过程性能分析

2023-10-18 02:30

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防护与救生技术 降落伞拉直过程性能分析 姓名:WXH 班级: 学号: 学院:能源与动力学院 一、拉直阶段假设 为简化计算,假设: 1、 拉伞过程中,引导伞、物体运动轨迹为一条直线,物-----伞系统作平面运动。 2、 不考虑风的影响,物-----伞系统没有升力。 3、 在拉直过程中,伞绳为非弹性体,无伸长。 4、 引导伞、物体和拉直中的伞系统微元质量dm作为三个质点处理。 5、 此次仿真采用倒拉法进行性能仿真。 2、 拉直阶段计算内容 采用MATLAB软件编写程序,利用已知方程组推导出拉直过程中各个参数随时间的变化,并利用MATLAB输出曲线图像,再利用曲线图像对整个过程进行过程性能分析。 基本方程组: 一共有七个方程,其中六个为微分方程,均为变量对时间t的导数,故采用MATLAB程序编写简介迅速,且输出图像曲线简单明了。 3、 编写程序确定参数 1、编写程序 MATLAB中有专门解决一阶微分方程的ode45(龙格-库塔函数),ode函数一共有其中,在这里我采用了ode45函数,可以自适应变步长的求解方法,从而使计算速度很快,并且计算精度较高。 2、确定参数 由于之前从来没有了解过有关降落伞的知识,所以在这一方面感觉很欠缺,没有什么概念,因此在确定参数的时候浪费了很多时间,参数选取的不准备会使图像输出有很大的出入,因此选参数的时候应该仔细小心。在这次的作业中,对于主伞,我采取了主伞伞衣和主伞伞绳质量相等即比例为1:1的参数,从而确定了主伞质量,伞绳质量密度,伞衣质量密度的分布等。因此,此次仿真都是基于伞衣质量=伞绳质量的条件下进行仿真。其余参数经过请教老师也基本确定。 p=1.2; %空气密度 g=9.81; %重力加速度 CAys=1.5; %引导伞阻力系数 CAd=0.2; %伞衣套阻力系数 CAw=1; %物体阻力系数 CAe=0.6; %已拉出物体阻力系数 Qys=0.5*p*x(4)^2*CAys; %引导伞气动阻力 Qd=0.5*p*x(4)^2*CAd; %伞衣套气动阻力 Qw=0.5*p*x(5)^2*CAw; %物体的气动阻力 Qe=0.5*p*x(5)^2*CAe; %已拉出伞系统的气动阻力 Mw=60; %物体质量 Mys=5; %引导伞质量(包括伞衣、套伞包) Msh1=0.6; %伞绳的质量密度 Msy1=5; %伞边的质量密度 b=0.05; %伞边的宽度 Msh=6; %伞绳总质量 Msy=6; %伞衣总质量 Lsh=10; %伞绳全长 Lxt=14.05; %伞系统全长 Do=8; %伞衣名义直径 Fsh=50; 4、 输出图像 5、 图像分析 1、 由图像可以看出,除了拉直的图像外,其余图像都是平滑的曲线,Xd和Yd的图像随时间的变化均增加,Xd之所以为负值是建立坐标系的关系,但它们的数值都是逐渐变大的。 2、 整个过程时间很短,在这次仿真中,以上图像都是以80m/s的开伞速度下进行仿真,从L-t图像曲线可以看出,大概只需要0.65s左右就可以拉出整个主伞。 3、 Vw和Vys的速度变化也很快,在0.65s内Vw速度从80m/s下降到了38m/s左右,而Vys下降到了15m/s左右,故在这个过程中会产生拉力,而拉直力的图像曲线也可以计算出来。 4、 FL-t图像曲线,结合L-t图像曲线可以看出,拉直力的最大拉力恰好是伞衣边出,也就是说在拉到伞绳和伞衣的交界处伞边的时候会出现最大拉直力,在此之前和在此之后拉直力均没有此处大,故对最大拉直力出进行分析很有必要。拉直力公式为: 由公式可以看出拉直力和质量线密度、速度差和拉出阻力成正相关,由于拉出阻力为定值,故接下来详细讨论质量线密度和速度对最大拉直力的关系。 6、 参数对最大拉直力的影响 1、 改变伞边质量密度Vw=Vys=100 其他参数为 Msh1=0.6; %伞绳的质量密度 Msy1=5; %伞边的质量密度 b=0.05; %伞边的宽度 Msh=6; %伞绳总质量 Msy=6; %伞衣总质量 Lsh=10; %伞绳全长 Lxt=14.05; %伞系统全长 Do=8; %伞衣名义直径 四幅图像分别对应伞边质量密度为4.5、5.5、、6、6.5。由图像可直观的看出,随着伞边质量密度的增加,最大拉直力也相应增加,但是由于伞边的宽度很窄,故最大拉直力的时间非常之短,并且增大幅度较大。因此为了防止最大拉应力过大,应该尽量减少伞边的质量密度,采用好一点的材质,提高韧度而又不会使质量密度过大。 2、 速度对拉直力的影响 这四副图像分别对应的开伞速度为50m/s,90m/s,110m/s,130m/s。从图像可以看出,由于速度的增加,使的整个拉直力图像上的每一点都呈现出增加的的趋势,并且拉直力由于速度的影响非常之大,在130m/s、0.25s时的拉直力几乎和50m/s时的最大拉直力相当。而且随速度的增加,最大拉直力也在不断增加,而且幅度较大

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