Page 207 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 翟政博，等： 大载重吊落式缓冲气囊设计及多目标优化 第 11 期

理 想 气 体 ， 选 取 标 准 大 气 各 项 参 数 ： 定 容 比 热 、 定 压 比 热 、 温 度 、 密 度 [19] ， 初 始 压 力 为 标 准 大 气 压
101 kPa。当缓冲气囊内压超过临界排气压力 173 kPa 时，排气孔打开。具体模型参数如表 1 所示。

1.1 m R0.55 m R0.70 m

0.35 m

(a) Three-dimensional model (b) Finite element model (c) Front view (d) Bottom view
图 2 气囊、无人平台模型
Fig. 2 Airbag、unmanned platform model

表 1 缓冲气囊模型参数
Table 1 Buffer airbag model parameters

−3
−1
−1
−1
−1
2
定容比热/(J·kg ·K ) 定压比热/(J·kg ·K ) 温度/K 排气孔面积/m 大气压力/kPa 环境空气密度/(kg·m ) 重力转换常数 临界排气压力/kPa
717 1 004 293 3.6×10 −3 101 1.2 1 173
缓 冲 气 囊 为 织 物 材 料 ， 本 构 模 型 选 用 LS- 表 2 缓冲气囊材料参数
DYNA 中 34 号织物材料（*MAT_FABRIC），可更
Table 2 Buffer airbag material parameters
准 确 地 描 述 缓 冲 气 囊 材 料 特 性 。 材 料 参 数 见
−3
密度/(kg·m ) 弹性模量/MPa 泊松比 剪切模量/MPa
表 2。
876.03 380 0.2 40
缓冲气囊底面与地面直接接触，接触类型
采用自动面面接触，接触静态/动态摩擦系数为 0.6，气囊上端与无人平台下端定义为相互碰撞的自由端，
接触类型采用关键字*CONSTRAINED_EXTRA_NODES 实现刚体与变形体的相互连接。缓冲气囊之间
接触采用自接触，接触静态/动态摩擦系数为 0.6。平台被定义为不考虑空气阻力的刚体，其着陆姿态没
有倾角。地面定义为刚性平面，着陆面坡度设置为 0°。平台初速度为−6 m/s，平台与气囊的重力加速度
为 9.8 m/s 。
2
2.2 分析结果
为评估缓冲气囊的缓冲性能，采用着陆缓冲过程中无人平台最大过载和气囊系统比吸能（specific
energy absorption, SEA）2 个关键参数，比吸能定义为：
Å ã¡
1 1
2
e = Mv − Mv 2 r m (12)
1
2 2
式中：M 为无人平台的质量，m 为缓冲气囊系统质量，v 为无人装备经历一次缓冲碰撞后反弹的第一个最
r
大速度。
通过模拟无人平台着陆过程，得到了缓冲气囊着陆过程应力云图和配置参数，如图 3 所示。可以看
出气囊在与平台接触时会压缩并承受较高的应力水平。随着平台下落，气囊继续被轴向压缩，此时气囊
处于绝热压缩阶段。当气囊内部压强超过临界排气压力 p 时，排气过程开始，此时气囊处于排气释能阶
r
c
段。由于平台两边质量分布不均，在 0.10 s 时平台略倾斜，但通过气囊缓冲实现了无人平台着陆。
平台着陆缓冲过程中竖直方向的动力学响应如图 4 所示。在绝热压缩阶段，平台压缩气囊，致使无
人平台过载值急速上升，平台速度从−6 m/s 快速衰减；当气囊内压在 0.055 s 达到临界排气压力时，气囊
进入排气释能阶段，过载上升速率有所减缓，于 0.06 s 达到峰值 16.8g，随后过载值快速下降，同时速度衰

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