3 高海拔地区空投着陆过程

3.1 高海拔地区空投环境

高海拔地区空气密度、大气压力等条件与标准大气存在较大差异。对于依靠空气作为工作物质的缓冲气囊，其工作特性变化较大。同时，减速伞的减速效果也在很大程度上受到空气密度以及大气压力的影响，因此，装备在高海拔地区条件下空投的落地速度也高于低海拔地区。

由装备试验部门提供的信息来看，高海拔地区空投存在一定的着陆稳定性问题。具体表现为：着陆缓冲效果不好，装备过载冲击大，约10%的高海拔环境空投试验发生装备倾覆。发生倾覆的试验在初始阶段也没有明显的异常，减速伞正常打开，装备在空中的姿态正常，只是在着陆过程中发生倾覆。因此，基于所建有限元模型针对高海拔环境着陆缓冲过程进行研究分析。

3.2 空投着陆过程仿真

实际的空投着陆时并不一定是完全垂降状态，而是存在姿态角的变化，并且服从一定的统计规律。经统计研究装备空投着陆时姿态角近似服从正态分布N(0.05346,3.02012)。

为探究高海拔地区空投装备倾覆原因，对有姿态角的着陆工况进行分析。由于姿态角是一个统计量，而每次分析中的姿态角并非变量，故必须确定一个有代表性的姿态角数值作为分析条件。按研究得到的分布律，以倾覆概率10%的一半确定姿态角的上下分界点分别为5.02°和-4.91°。取姿态角的近似值为±5°，并且由于装备重心在装备宽度方向偏离中心线很小，可以只考虑一个方向而不会有明显区别。

以高海拔地区的稳降速度8.92 m/s为初始速度条件，姿态角为5°，对气囊缓冲过程进行计算，仿真结果如图3所示。

图3 高海拔地区空投倾覆问题再现

通过仿真分析可以发现，装备在气囊缓冲结束后发生反弹，并且在翻转力矩的作用下发生侧翻，图3显示了缓冲至侧翻各阶段的情况，再现了高海拔地区空投装备着陆缓冲后装备倾覆现象。而平原地区有姿态角的着陆缓冲过程中，同样存在翻转力矩的作用，但是由于过载和翻转力矩都相对较小，并未引起装备侧翻。通过分析可知，装备在高海拔地区空投遇到的倾覆问题原因在于大气条件（密度、压强）的影响导致伞系统和缓冲气囊系统的性能大幅下降。高海拔地区气囊缓冲效能下降极大，装备发生明显反弹。着陆过程对于姿态角变化十分敏感，缓冲中装备承受较大翻转力矩，极易发生倾覆。

3.3 解决方案

由于装备高海拔地区空投遇到的倾覆问题是冲击过大和翻转力矩共同作用的结果，可考虑采用以下解决方法：

1. 可通过增加伞具的数量或选择具有更大的伞衣面积的单伞，以增大减速伞的伞衣总面积，进而降低装备的稳降速度和着地速度。达到降低冲击能量，减小加速度的目的，进而避免发生倾覆。

2. 可通过选择在较为平坦的着陆场和风速较小的气象条件下空投，减小装备在空中姿态角变化范围，进而降低着陆时大姿态角出现的概率，减小倾覆发生的可能。

对高海拔地区无倾角着陆缓冲过程进行计算，确定在着陆速度为6.7 m/s时，装备的质心加速度峰值约为20g（空投装备最大着陆冲击加速度许可上限），剩余动能也不大，满足装备的设计和使用要求。进一步考量了5°倾角条件下装备着陆速度为6.7 m/s的着陆缓冲过程，计算结果显示装备未发生倾覆，剩余动能较小，加速度峰值在容许范围内。故可以通过增加伞具的数量或单伞面积将装备的稳降速度控制在6.7 m/s以下，以避免发生倾覆。

4 结论

RADIOSS集成了HyperWorks/OptiStruct 求解核心和RADIOSS求解器，能分析多种题型。本文运用RADIOSS作为求解器对碰撞非线性大变形问题进行求解分析。文中通过HyperMesh对装备-气囊有限元模型进行建模，并针对空投装备的高海拔地区空投着陆过程进行了研究和仿真，通过仿真分析提出了高海拔地区装备安全空投的解决方案。

5 参考文献

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王勖成. 有限单元法[M]. 北京：清华大学出版社，2003.
RADIOSS Impact Introduction.

RADIOSS Application in Simulation of Landing Cushion Process for Airdrop Equipment under High-altitude Condition
Hong Huangjie   Wang Hongyan
Abstract: A finite element model of equipment and airbags is established in the paper. The problem about airbag cushion process for airdrop equipment under high-altitude condition is solved by RADIOSS Solver. Then, overturn problem under high-altitude condition is analyzed based on the established model. In the end, the solution is given to solve overturn problem under high-altitude condition.
Key words: RADIOSS, airbag; landing cushion process, high-altitude