Page 209 - 《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

图 5 为缓冲气囊气体状态参数，在绝热压缩阶段，气体体积随平台下落持续缩减，气体质量因排气
孔未开启保持恒定，内部压力因体积压缩从 101 kPa 升至 173 kPa；在 0.055 s 内压达到临界排气压力，排
气孔开启，进入排气释能阶段，气体质量快速下降，在 0.06 s 达到最大压力 181 kPa，随后气压随排气衰减
至环境压力。

0.5 0.4

0.42 kg 0.33 m 3
0.4
0.3

Mass/kg 0.3 Volume/m 3 0.2
0.2
0.1
0.1
0.07 kg 0.053 m 3
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
t/s t/s
(a) Gas mass (b) Gas volume

180 181 kPa

160
Pressure/kPa 140

120

100 101 kPa
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
t/s
(c) Gas pressure
图 5 缓冲气囊气体状态
Fig. 5 State of buffer airbag gas

3 基于代理模型的多目标优化

3.1 气囊缓冲性能单参数分析
为了进行多目标优化，选择对缓冲性能有较大影响的 4 个设计参数，分别为气囊底面积 A、气囊高
度 h 、排气孔尺寸 A 与排气临界压力 p 。如表 3 所示，使用控制变量法对 4 个设计参数进行工况设计，
a
cr
0
工况 1、2、3、4、5 研究了排气孔尺寸对缓冲性能的影响；工况 3、6、7、8 研究了临界排气压力对缓冲性
能的影响；工况 8、9、10、11 研究了气囊底面积对缓冲性能的影响；工况 3、12、13、14 研究了气囊高度
对缓冲性能的影响。表 3 和图 6 给出了不同工况下的最大过载和比吸能结果。
基于图 6 和表 3 的单个变量分析结果，可以得出：排气孔面积扩大 17% 时，最大过载降低 15.4%，比吸
能同步衰减 9%；临界排气压力提升 17%，比吸能增加 8.9%，最大过载上升 14.3%，气囊底面积扩大 21%，
最大过载降低 23.8%，比吸能下降 14.5%；气囊高度增加 11%，最大过载降低 6.9%，比吸能提升 6.4%。
根据以上分析可得，4 个参数对最大过载值和比吸能均存在不同程度的影响，但气囊高度对两关键
指标的影响方向一致，无优化矛盾，当高度超过 0.37 m 后，出现收益递减效应，结合无人平台快速部署的
动态响应要求，将气囊高度提升至 0.37 m。其余 3 个变量在单独变化时，会引发过载值与比吸能两个目
标之间的冲突，无法通过独立优化使二者同时得到提升，因此需采用多目标优化方法以寻求最佳平衡点。

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