柔性伞衣织物的自由变形折叠建模及其充气机制研究

张思宇， 余 莉， 贾 贺，2， 刘 鑫

(1. 南京航空航天大学 飞行器环境控制与生命保障工业和信息化部重点实验室， 江苏 南京 210016； 2. 北京空间机电研究所， 北京 100094)

冲压翼伞由柔性织物构成，是一种非展平曲面构成的多气室-双翼面结构降落伞。相较于传统平面圆形伞，冲压式翼伞的滑翔比高，操作性良好，在民用、军事等领域得到广泛应用[1-3]。在翼伞工作过程中，决定其成败的最主要因素是柔性伞衣织物的折叠展开充气过程，很多降落伞失效事故都与柔性伞衣的折叠展开有密切关系[4]。据不完全统计，翼伞的不完全开伞概率远高于常规圆形伞。翼伞由于伞衣织物的结构布局更加复杂，因此织物的折叠建模问题一直是研究的难点。

降落伞柔性伞衣织物的折叠充气展开过程时间较短，实验数据采集困难且离散性大，数值模拟的方式已经成为揭示伞衣展开充气过程工作机制的有效手段[5-7]。在数值计算时，柔性伞衣织物的折叠建模是首先需要解决的问题。降落伞伞衣属于柔性织物，而服饰是柔性织物的重要应用领域，目前服饰织物褶皱折叠仿真方法主要有基于几何方法建模[8-9]、基于物理方法建模[10-11]和基于综合方法建模[12-13]。但是，服饰折叠不涉及充气展开过程，因此不能直接应用于降落伞。柔性伞衣织物的折叠建模更为复杂，目前主要采用直接折叠建模法[14-16]、初始矩阵法[17-18]以及逆向力建模法[19-20]。前2种折叠建模方法的共同特征是必须建立初始折叠模型，折痕或褶皱处单元节点坐标须直接确定，因而只适用于相对简单的二维平面组成的织物进行折叠，如普通圆伞、汽车安全气囊和空间充气管等织物折叠。……