降落傘流固耦合仿真技術取得重大突破

2020-12-04 看航空

經過持續不懈的努力,2018年4月,航宇降落傘仿真技術研究項目團隊成功攻克了傘衣立體成形和勾掛處傘衣大變形的仿真兩大關鍵技術,實現了穩定傘的流固耦合仿真,仿真結果與相關試驗數據高度吻合!

該技術的重大突破,是航空工業航宇領導重點關注、部門上下通力合作、技術人員不畏困難刻苦攻關的結果,不僅為公司節省了大量的外協費用,更重要的是及時解決了相關型號研製中的技術問題,縮短了產品研製周期,為公司型號研製工作提供了可靠的保障。

回首那些攻關的不眠之夜,項目團隊的成員既有自豪、感動,也有艱辛和挑戰,然而更多的是沉甸甸的責任與壓力。

立足長遠,確定降落傘仿真目標

仿真技術的應用不僅可以大大減少試驗的比重和設計的盲目性,同時還能節省巨額的設計費用,縮短設計周期。因此,作為公司技術體系的重要組成部分,仿真技術對公司產品的研發起著積極的推進作用,是公司研發系統的重要力量。

而作為公司仿真技術體系中的一個重要分支,近年來,在降落傘仿真技術研究方面公司也取得了一定的進展:一方面,公司根據降落傘運動的經典理論,結合工程經驗方法,編制了降落傘質點和六自由度運動程序,在一定程度上滿足了工程需求。另一方面,通過引進俄羅斯降落傘穩態仿真軟體進行二次開發和工程化應用,進一步提升了仿真技術對產品研發的指導作用。但是,由於俄羅斯穩態仿真軟體沒有並行計算功能,傘衣網格數不能大於1000,因此,只能仿真較小傘的阻力特徵,適用的範圍非常有限。由於無法掌握降落傘充氣流固耦合仿真技術,加上缺乏仿真工具,2010~2014年期間,公司只能通過外協的方式,先後花費數百萬元進行降落傘充氣過程流固耦合仿真。然而,通過外協的方式雖然在一定程度上滿足了公司產品研製的需求,但是由於缺少仿真技術的核心,公司只能從合作方提供的數據對仿真進行判斷,對模型是否真實反映了降落傘的參數和工作環境則無法進行有效判斷。

「降落傘核心仿真技術一定要掌握在我們自己的手上!」

「應用技術部要加快降落傘動態仿真技術研究,儘快在救生傘等產品研製仿真中實現突破。」

基於公司長遠發展的考慮,2016年底至2017年初,公司總經理周方、副總經理王煒先後對降落傘仿真工作做出批示,要求應用技術部儘快成立項目組,抽調精兵強將,全力以赴開展了降落傘仿真技術的研製工作,儘快攻克降落傘核心仿真技術的瓶頸。

積極探索,為降落傘仿真搭好臺

為降落傘仿真搭好臺,是進行降落傘動態仿真的前提。為此,需進行降落傘仿真軟體的引進及硬體配套工作。

為落實仿真軟體引進工作,項目團隊通過認真研究分析和討論,最終確定在「防護救生綜合仿真系統(二期)」項目中進行仿真軟體的引進工作。目標確定,就需快馬撥鞭,風雨兼程。為了早日完成目標任務,項目組長楊輝、項目成員吳銘、吳亮積極作為,對項目中增加救生傘射傘動態仿真模塊進行了可行性分析。並在此基礎上,主動與技改部、信息部充分溝通,在先後徵得公司主管領導同意和上級組織批覆的基礎上,將該項目分為兩個部分,其中「救生傘射傘動態仿真模塊」部分就是專門為降落傘仿真軟體引進而設置的。在應用技術部、信息管理部、技改部、物資供應部的通力合作下,成功引進了降落傘動態仿真軟體LS-DYNA,為降落傘充氣過程流固耦合仿真的研究提供了前提。

由於降落傘動態仿真軟體立足於型號工程研製,突出並行計算功能,其對安裝平臺要求較高。為此,吳亮多次與軟體廠商溝通,確定軟體安裝平臺的技術要求,並積極協調信息管理部與硬體平臺公司洽談具體配置及進度要求,促進了軟體安裝平臺的到貨安裝,保證了軟體的安裝、調試和運行,為降落傘仿真奠定了基礎。

「現在說起前期準備,一句而過,但當時確實很辛苦,大家不分白天黑夜地討論、修改、完善軟體引進計劃,進行可行性分析……為了能搜集資料、尋找適合的軟體廠商,大家加班加點,四處奔走,逾越了一個又一個障礙,攻克了一個又一個難題,終於取得了關鍵性的勝利。」項目組組長楊輝在回憶項目攻堅準備工作時感慨地說。

補齊短板,為降落傘仿真唱好戲

根據相關調研情況,降落傘仿真軟體應用難度高。如果軟體培訓工作做得不好,對今後的應用將產生不利影響。為此,吳銘、官本和根據產品的研製流程,著眼於軟體應用需求,對培訓功能點進行了認真討論和細緻分析,明確了技術培訓的重點和要點,並對軟體方需提供的技術資料(技術說明書、用戶使用手冊、培訓手冊等)進行了規範,既為現有技術人員也為後續技術人員學習、培訓、應用提供了遵循。

降落傘仿真軟體的應用是重中之重。而在降落傘仿真技術中,流固耦合技術和動網格技術是兩大技術門檻,要將其應用到工程實際中、達到工程實用的精度,還有更多細化的工作要做。以官本和、胡雪鵬為主的技術團隊,在多年潛心研究積累相關技術知識的基礎上,對基於LS-DYNA的流固耦合技術和動網格技術等核心技術進行了鑽研,解決了大量工程實際問題,使仿真精度越來越高,終於在降落傘充氣流固耦合仿真方面取得重大進展。

談起此次降落傘仿真技術攻關工作,項目組年輕的技術人員感慨良多,他們表示:「能參加該項目的攻關,並取得重大突破,我們感到無比的光榮和自豪,這種榮譽感和成就感即使是讓我們吃再多的苦也是值得的。」|既是航空人,就知責任大,既做新裝備,就得多辛苦。他們唯一的希望就是通過自己的不懈努力,儘早取得降落傘核心仿真技術的突破。

集智攻關,降落傘仿真結碩果

披星戴月,披荊斬棘。無數個日日夜夜的科研攻關,每一步走來都充滿艱辛,每步的成功都是團隊集智攻關、敢於創新的成果。雖然大家感到肩上的擔子很重,但仍充滿了必勝的信心。他們認真梳理設計思路,冷靜分析符合性方法,謹慎制定驗證試驗原則,儘量避免少走彎路:對每一個細節、每一次改動,精雕細刻,從每個設計圖到每個部件一遍一遍地審查,修改再修改。

從最初就參與項目論證工作的專家吳銘深有感觸地說:「從項目的提出到仿真軟體的引進,再到關鍵技術的突破,各項論證成功,我們先後花費了好幾年。」這些年裡,以官本和為主的技術團隊直面問題,攻堅克難,儘管問題層出,一波三折,但他們知道,在這條極具挑戰性的科技創新路上,只有堅持走下去,才能撥開迷霧見曙光。

功夫不負有心人,經過辛勤的付出和奮力攻關,凝聚著項目團隊智慧與辛勞的降落傘仿真技術終於結出了累累碩果:

2015年8月,技術團隊成功實現了將俄羅斯翼傘仿真軟體建立的傘模型導入LS-DYNA,並在LS-DYNA中實現了翼傘的自由飛流固耦合仿真。

2016年6月,完成了通用飛機救生傘阻力係數和擺角的仿真。從傘自由飛流固耦合仿真得到的曲線可以看出,傘的擺角有逐漸變小的趨勢,最終會穩定在12°左右。

2016年9月,完成了人用傘空投試驗穩定傘工作過程的流固耦合仿真,得到了不同高度和速度下假人穩定傘的性能參數。

2016年9月,完成了模型救生傘的阻力係數仿真。技術團隊創新性地用模擬傘自由飛的方法獲得阻力係數為1.05,與試驗值相差不到10%。用CFD軟體計算傘的阻力係數,一般不超過0.9。

2017年6月,完成了某型救生傘的開傘過載仿真。這是公司首次自主進行的開傘過載仿真。

2017年9月,完成了某大型投物傘的阻力特徵仿真。仿真結果表明,開縫傘比原型傘的阻力特徵僅低0.2%。

2018年3月,完成了某傘的阻力特徵仿真,為此型傘應用於工程實際提供了技術支撐。

2018年3月,降落傘的流固耦合仿真成果在南京機電進行現場展示,得到與會人員的充分肯定和認可,相關仿真技術方法和仿真結果代表了國內現有最高水平。

……

航空工業航宇降落傘仿真技術研究項目團隊雖然成功解決了降落傘充氣流固耦合仿真方面的許多問題,但團隊成員也充分意識到,在相關傘類和氣囊類產品仿真中,仍有無數的技術難題就在前面。面對前進中的困難,大家決心繼續發揚敬業愛崗、不畏艱險、務實創新的精神,掃除前進道路上的一道道障礙,不斷提高仿真軟體的並行應用能力,確保降落傘流固耦合仿真在國內的領先地位,並將其轉換為企業的發展優勢,為促進公司又好又快發展,為加強國防、報效祖國再立新功。

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