- 研究背景及意义
柔性网结构在很多方面都有相关应用。用于捕捞的网渔具多是柔性网结构,为了达到更好的捕捞效果,网渔具不断得到优化设计[1]。近年来,地质灾害频发,公路、铁路、矿山、景区边坡工程中的地质灾害防治进一步凸显为热点问题,其中柔性拦截技术获得了广泛的应用[2-3]。即是用拦截网拦截落石,车辆,以减少冲击破坏。此类柔性网应用属于被动拦截防护系统。柔性网在军事和航天方面,也具有十分重要的意义。在军事方面,布撒网扫雷系统是目前世界上一种比较先进的扫雷系统,主要针对广阔、密集布设反坦克地雷的区域,它能够在雷区中快速地开辟出足够让装甲车辆通过的安全区域[4]。此类柔性网应用多属于拦截型主动防护系统。在航天航空方面,随着在轨卫星数量和时间的增加,空间废弃卫星或碎片问题对航天安全的影响日趋严重。应用空间绳网系统来捕获空间目标是一种新提出的技术概念,其基本设想是通过一定的发射装置和方式(如牵引质量块方式),在空间展开一张由柔性细绳编织的网,用于覆盖包裹目标,并通过相应的收口和系绳控制机构,完成对目标的回收或离轨销毁[5]。本项目所研究的柔性网结构应具有主动拦截防护功能,故适用军事,航天领域。所谓拦截型主动防护系统[6],主要是对来袭弹药进行探测、分析、识别、跟踪和拦截,使其失效、毁伤或破坏能力减弱,从而保护坦克装甲车辆的战场安全。不断优化拦截型主动防护系统柔性网,对未来军事,航天发展有很重要的意义。
- 国内外研究现状
1.建立物理模型分析
a)国内研究国(防科技大学)
对于飞网的全柔性结构,要建立起动力学模型,必须以柔性绳段的动力学模型为基础,结合柔性绳段的相互连接关系。柔性绳段的建模方法有连续体动力学模型和集中参数模型两类。
一般所采用的绳索一维连续体动力学模型是通过分析绳段中某个微元的2个端面应力以及其他外力,考虑绳中某微元的空间位置和变形两方面,以时间t和绳长方向广义坐标s为自变量,建立绳的空间位置坐标x(s,t),y(s,t),z(s,f)的二阶偏微分方程,这个方程为双曲形式,类似于波动方程。上述二阶偏微分方程必须以绳段的初始空间位形以及初始形变状态作为初值进行求解。连续体动力学模型可以很细致地刻画整个绳段中应力波的传播过程,能够可靠得到绳段的形状和变形情况,但是方程为较为复杂的二阶偏微分方程,积分计算量大。再考虑飞网编织结构,将构成非常复杂的边界条件。
集中质量法将绳段简化为2个由弹簧阻尼单元连接的两个质点(称为集中质点),集中质点的质量为整个绳段质量的一半。系统的动力学模型可以通过分析每个绳段对应的两个质点的受力情况来得到,系统的动力学方程为二阶常微分方程,方程的变量为各个集中质点的空间坐标石x(t)、y(t)、z(t)。集中质量法简化了柔性绳段的空间位形和绳段内部的应力/应变分布情况,只能近似得到系统中柔性绳的位形和应力分布。但是建立方程的过程简单,计算也限于积分常微分方程,便于工程应用。
陈钦,杨乐平,张青斌利用建模仿真和地面试验两种手段进行了研究,建立了飞网发射的集中质量模型,设计了基于燃气助推质量块的飞网发射地面试验装置,开展了多次飞网发射试验。地面试验结果与模型仿真结果基本吻合,说明所建立的动力学模型可用于空间飞网系统设计[7]。
b)国内研究(清华大学)
