環(huán)帆傘可變參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)偏差的靈敏度分析

甘和麟 榮偉

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

0 引言

因?yàn)榫哂懈呖煽啃?、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，航天器特別是大型航天器的回收著陸應(yīng)用中的主傘大都是環(huán)帆傘，如“雙子星座”、“水星號(hào)”、“阿波羅”飛船、“神舟”系列飛船等[1-3]。環(huán)帆傘在設(shè)計(jì)之初，需要根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)確定傘衣的名義尺寸并指定基本構(gòu)型，之后再以名義尺寸和基本構(gòu)型為基礎(chǔ)，逐步確定環(huán)帆傘的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸，最終得到尺寸完備的實(shí)際傘衣結(jié)構(gòu)并投入生產(chǎn)。在這一過(guò)程中，受到強(qiáng)度要求、模型簡(jiǎn)化、工藝限制、舍入誤差等因素的影響，設(shè)計(jì)得到的傘衣面積、結(jié)構(gòu)透氣量與設(shè)計(jì)之初給定的名義面積與結(jié)構(gòu)透氣量之間會(huì)產(chǎn)生差異[4-5]；如果差異過(guò)大，設(shè)計(jì)人員就不得不對(duì)傘衣幅的結(jié)構(gòu)參數(shù)采用“試湊”的方式進(jìn)行調(diào)整。文獻(xiàn)[1]對(duì)部分參數(shù)的作用規(guī)律進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明，卻未對(duì)相關(guān)調(diào)整項(xiàng)的調(diào)整效果進(jìn)行分析，因而在實(shí)際工作中可能需要經(jīng)過(guò)多次試湊方能得到各方面都較為滿意的結(jié)果。如果在進(jìn)行調(diào)整的時(shí)候，對(duì)各調(diào)整參數(shù)靈敏度有較為精確的了解，就可以有針對(duì)性的、用高靈敏度參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行粗調(diào)，用低靈敏度參數(shù)進(jìn)行細(xì)調(diào)，減少調(diào)整的次數(shù)，提高設(shè)計(jì)工作的效率。以此為目的，本文將對(duì)環(huán)帆傘設(shè)計(jì)過(guò)程中可變參數(shù)的靈敏度進(jìn)行討論和分析。

1 可變參數(shù)定義

對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的組成都是有規(guī)律的。這些組成因子一部分由任務(wù)約束條件直接給定或繼承其他參數(shù)，可看作是輸入因子；另一部分則往往由經(jīng)驗(yàn)系數(shù)或經(jīng)驗(yàn)公式的形式給出，表征該參數(shù)與輸入因子之間的關(guān)系，見(jiàn)圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)成Fig.1 Composition of structural parameters

可將環(huán)帆傘設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的每一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)記為

式中P為當(dāng)前結(jié)構(gòu)參數(shù)；B為輸入因子；C為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。輸入因子B往往能夠追溯到設(shè)計(jì)的初始輸入，在設(shè)計(jì)框架內(nèi)是不可調(diào)整的。因此，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行的調(diào)整主要集中在C類參數(shù)上。C類參數(shù)可以是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)或經(jīng)驗(yàn)公式，考慮到對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行靈敏度分析是不適宜的，這里特指經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。有些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)事實(shí)上在工程領(lǐng)域中是已經(jīng)被廣泛承認(rèn)和使用的（如確定大氣壓強(qiáng)與海拔高度關(guān)系的模型系數(shù)等），有明確的選取規(guī)則，通常能通過(guò)查表、曲線或者線性插值的方式獲得。這些參數(shù)雖然能夠起到調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)偏差的作用，但調(diào)整這些參數(shù)很可能會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的真實(shí)性、合理性造成影響；同時(shí)，后面的分析可以看到控制面積偏差與透氣量偏差的可調(diào)參數(shù)較多，調(diào)整裕度較足，對(duì)這些選取規(guī)則明確的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的調(diào)整并不必要。

對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度分析主要集中在用來(lái)確定當(dāng)前結(jié)構(gòu)參數(shù)、并且在選擇的時(shí)候只給出了大致范圍而并無(wú)明確選取規(guī)則的部分經(jīng)驗(yàn)系數(shù)上，如確定傘衣幅數(shù)的傘衣幅系數(shù)syfN，記這一類參數(shù)為可變參數(shù)，見(jiàn)圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)成分解Fig.2 Decomposition of structural parameter

通過(guò)分析整理環(huán)帆傘設(shè)計(jì)中各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的組成與繼承關(guān)系，確定可變參數(shù)如下：

1）傘衣幅系數(shù)Nsyf。取值范圍為2.5～3.0。

2）傘衣幅系數(shù)倍數(shù)關(guān)系。考慮到結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性以及強(qiáng)度分布、安裝、開(kāi)傘完成度等需求，環(huán)帆傘幅數(shù)通常取為 4、6、8的倍數(shù)，視名義面積的大小而定。本文同時(shí)對(duì)Nsyf以及傘衣幅數(shù)倍數(shù)進(jìn)行靈敏度分析。

3）綢布幅寬Hfk。為了保證充氣外形與設(shè)計(jì)一致，小尺寸傘衣幅寬相應(yīng)的也較??；同時(shí)，考慮到方便裁剪與節(jié)省布料，盡可能的按照2等分、3等分等進(jìn)行等分裁剪。布料寬度為1m，實(shí)際應(yīng)用中可裁為1m、0.5m、0.4m等，視名義直徑大小而定。

4）環(huán)數(shù)Nhf。通過(guò)對(duì)環(huán)幅數(shù)系數(shù)與名義直徑相乘的結(jié)果取整數(shù)獲得。

5）三角幅高系數(shù)Nfg。通常取值范圍為0.02～0.03。

6）縫寬Bhf。通常會(huì)根據(jù)透氣量和強(qiáng)度設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行調(diào)整，比較靈活?？紤]到實(shí)際型號(hào)中調(diào)整形式常以增大最后一環(huán)縫寬為其他縫寬2倍左右的形式出現(xiàn)[5]，因此本文主要研究其它縫寬相同、最后一環(huán)縫寬為其它縫寬2倍的條件下，縫寬增大10%和減小10%對(duì)面積偏差和透氣量偏差的影響。

7）設(shè)計(jì)阻力系數(shù)CD。根據(jù)名義尺寸由經(jīng)驗(yàn)確定。

以上即是選取用于靈敏度分析的可變參數(shù)。需要注意的是，這里僅選取與設(shè)計(jì)面積偏差和透氣量偏差相關(guān)的參數(shù)，其他參數(shù)如傘繩直徑比等，盡管也屬于可變參數(shù)的范圍，但考慮到這些參數(shù)不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的面積與透氣量偏差造成影響、與本文研究的內(nèi)容并無(wú)關(guān)系，因此不計(jì)在內(nèi)。由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整會(huì)對(duì)環(huán)帆傘的性能產(chǎn)生影響[1,6]，使初始設(shè)計(jì)階段預(yù)估的環(huán)帆傘性能發(fā)生偏移，同時(shí)不恰當(dāng)?shù)某叽缗浜仙踔習(xí)斐森h(huán)帆傘的失效[7-9]，因此各個(gè)參數(shù)的調(diào)整均在較小范圍內(nèi)進(jìn)行，盡可能的減小參數(shù)調(diào)整對(duì)環(huán)帆傘其他設(shè)計(jì)指標(biāo)的影響。

2 分析方法

為了考察可變參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)偏差的靈敏度關(guān)系，參照環(huán)帆傘設(shè)計(jì)規(guī)范[4]編寫(xiě)了環(huán)帆傘設(shè)計(jì)程序。該程序以選定的可變參數(shù)作為變量，分析在不同的變量設(shè)置下依據(jù)設(shè)計(jì)流程完成一次傘衣幅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，面積偏差與透氣量偏差隨可變參數(shù)在常見(jiàn)環(huán)帆傘尺寸范圍內(nèi)的變化情況?？紤]到研究以幾何參數(shù)靈敏度分析為主，因此強(qiáng)度校核部分未包含在程序中?，F(xiàn)定義面積偏差、透氣量偏差如下

面積偏差和透氣量偏差分別對(duì)應(yīng)各自的靈敏度，如下

式中η為面積偏差靈敏度，表征參數(shù)值變化1個(gè)單位時(shí)，面積偏差值的變化情況。

式中ξ為透氣量偏差靈敏度，表征參數(shù)值變化1個(gè)單位時(shí)，透氣量偏差值的變化情況；傘衣名義面積由任務(wù)給定的阻力面積和設(shè)計(jì)選擇的設(shè)計(jì)阻力系數(shù)決定，傘衣實(shí)際面積由設(shè)計(jì)得到的傘衣幅結(jié)構(gòu)對(duì)每一個(gè)梯形傘衣片、梯形環(huán)縫和頂孔三角幅求和獲得。

以某型號(hào)的可變參數(shù)取值為基礎(chǔ)，調(diào)整1個(gè)可變參數(shù)并選定其它6個(gè)可變參數(shù)，利用環(huán)帆傘設(shè)計(jì)程序完成環(huán)帆傘幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程，獲得不同可變參數(shù)值下、面積偏差和透氣量偏差隨傘衣尺寸分布的曲線，并分別對(duì)各個(gè)可變參數(shù)對(duì)面積偏差以及結(jié)構(gòu)透氣量偏差的靈敏度進(jìn)行分析。這些試驗(yàn)除當(dāng)前研究的可變參數(shù)不同外，其余各輸入?yún)?shù)與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)均相同。各試驗(yàn)組的可變參數(shù)設(shè)置如表1所示：

表1 試驗(yàn)可變參數(shù)設(shè)置Tab.1 Set up of alternative-parameter test

實(shí)際分析發(fā)現(xiàn)，有的可變參數(shù)靈敏度幾乎不隨傘衣尺寸改變、保持為一固定值，可采用定量的方式利用式（4）和式（5）進(jìn)行分析；更多的情況則是可變參數(shù)靈敏度隨傘衣尺寸變化，這時(shí)主要采用定性分析對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。

3 靈敏度分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不同可變參數(shù)組合下面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差隨尺寸變化的分布情況都是相似的，因此這里抽取了實(shí)驗(yàn)組1-A的結(jié)果對(duì)整體的偏差分布情況進(jìn)行分析，見(jiàn)圖3。

圖3 典型偏差分布，取自試驗(yàn)組1-AFig.3 Typical distribution of area-deviation and porosity-deviation

考慮到偏差在0附近聚集時(shí)，不需做大的調(diào)整、設(shè)計(jì)的效果較好，因此有理由相信，至少?gòu)膶?shí)際面積與透氣量的角度上講，實(shí)驗(yàn)組1-A對(duì)應(yīng)的可變參數(shù)組合在設(shè)計(jì)名義直徑為25m左右的環(huán)帆傘時(shí)將會(huì)獲得較好的設(shè)計(jì)結(jié)果。

實(shí)際面積隨名義直徑變化的曲線呈階梯狀，從傘衣面積偏差圖可以看出，這種階梯狀分布是由設(shè)計(jì)結(jié)果的振蕩造成的?？偟膩?lái)看，試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出局部振蕩、整體規(guī)律的情況。反映到實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，如果針對(duì)不同名義面積的環(huán)帆傘進(jìn)行有限的幾次設(shè)計(jì)活動(dòng)，初次設(shè)計(jì)的結(jié)果可能有的是正偏差、有的是負(fù)偏差，看上去沒(méi)有規(guī)律可言；但從統(tǒng)計(jì)學(xué)的意義上講，結(jié)合圖3可知在小尺寸設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際面積更可能出現(xiàn)的是負(fù)偏差、透氣量為正偏差，也即是實(shí)際面積偏小、結(jié)構(gòu)透氣量偏大的情況，反之亦然。

隨著名義直徑的增大，面積偏差的分布逐漸由負(fù)偏差向正偏差的方向聚集，與之相反的是透氣量偏差逐漸趨向于負(fù)偏差。在名義直徑較小時(shí)，面積偏差的負(fù)偏差下限可達(dá)–20%、透氣量偏差上限可達(dá)10%，表明在小尺寸條件下這種可變參數(shù)組合不可取。同時(shí)可以看到，傘衣面積與透氣量上、下偏差振動(dòng)的幅值隨著名義尺寸的增大而減小，表明隨著面積的增大，設(shè)計(jì)造成面積偏差與透氣量偏差的不確定性逐漸減小。

3.1 傘衣幅系數(shù)Nsyf對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響

圖4 傘衣幅系數(shù)對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響Fig.4 The area-deviation and the porosity deviation under different Nsyf

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范， 傘 衣 幅數(shù) =Nsyf×D0（D0為傘衣名義直徑），并對(duì)結(jié)果進(jìn)行取整數(shù)。圖4為傘衣幅系數(shù)對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響。由圖可知，不同傘衣幅系數(shù)下的面積偏差曲線或透氣量偏差曲線幾乎重合，可以認(rèn)為傘衣幅系數(shù)在 2.5～3.0的常用取用范圍內(nèi)，傘衣的面積偏差與透氣量偏差幾乎不發(fā)生變化。也即是說(shuō)，設(shè)計(jì)的傘衣面積偏差與透氣量偏差對(duì)傘衣幅系數(shù)不敏感，該系數(shù)在實(shí)際設(shè)計(jì)中可作為強(qiáng)度、工藝等其他指標(biāo)的調(diào)節(jié)參數(shù)而不對(duì)傘衣面積與結(jié)構(gòu)透氣性造成影響。

3.2 傘衣幅取用倍數(shù)對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響

不同傘衣幅數(shù)取用倍數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果如圖5。事實(shí)上，針對(duì)同一名義直徑選用不同傘衣幅倍數(shù)得到的傘衣幅數(shù)之間差別不會(huì)大于8幅，僅相當(dāng)于對(duì)傘衣幅數(shù)起到微調(diào)的作用。由前面面積偏差與透氣量偏差對(duì)傘衣幅數(shù)不敏感的結(jié)論可以推斷，這2個(gè)偏差對(duì)傘衣幅數(shù)的取用倍數(shù)也是不敏感的。試驗(yàn)的結(jié)果驗(yàn)證了這一點(diǎn)，面積偏差與透氣量偏差幾乎不隨傘衣幅取用倍數(shù)的變化而改變。

圖5 傘衣幅倍數(shù)對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響Fig.5 The area-deviation and porosity-deviation under different times of Nsyf

3.3 綢布幅寬Hfk對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響

不同幅寬的試驗(yàn)結(jié)果如圖6、圖7所示。試驗(yàn)表明，面積偏差的上偏差限對(duì)傘衣幅寬不敏感，隨幅寬改變的變化較??；下偏差限在小尺寸時(shí)對(duì)傘衣幅寬較為敏感。同時(shí)，隨著幅寬的減小，面積偏差趨向于正偏差，透氣量偏差趨向于負(fù)偏差。環(huán)帆傘依據(jù)理論幾何外形進(jìn)行設(shè)計(jì)，幅寬越小，同樣尺寸下每幅的環(huán)幅與帆幅數(shù)越多，設(shè)計(jì)得到的傘衣幾何外形也就越接近于理論幾何外形。因此，隨著幅寬的減小，可推測(cè)面積誤差曲線的振蕩幅值會(huì)逐漸減小。圖6中幅寬為0.3m的曲線當(dāng)名義尺寸較大時(shí)聚集在0值附近振動(dòng)的情況驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

圖6 幅寬對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響Fig.6 The area-deviation and the porosity-deviation under different values of Hfk

圖7 幅寬對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的靈敏度Fig.7 The area-deviation sensitivity and the porosity-deviation sensitivity of Hfk

靈敏度方面，無(wú)論是面積偏差靈敏度還是透氣量偏差靈敏度也都遵循小直徑較分散，大直徑集中收斂的規(guī)律?？偟膩?lái)看，增加幅寬為面積偏差提供負(fù)修正量、為透氣量偏差提供正修正量；然而，小直徑的傘型由于幅寬靈敏度較發(fā)散，用幅寬校正不易控制校正結(jié)果；而在對(duì)大尺寸傘型初次設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行校正時(shí)，增大0.1m的幅寬可獲得約–1%左右的面積偏差修正量和1.5%左右的透氣量偏差修正量。

3.4 環(huán)數(shù)Nhf對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響

環(huán)數(shù)變化的試驗(yàn)結(jié)果如圖8、圖9。對(duì)環(huán)幅數(shù)靈敏度的考察通過(guò)人為地在原有設(shè)計(jì)規(guī)范上增加或者減少一環(huán)的方式進(jìn)行，在這一過(guò)程中每傘衣幅的總幅高保持不變。由圖9可知，相較于幅寬，環(huán)幅數(shù)對(duì)面積偏差靈敏度與透氣量偏差靈敏度的收斂性較好，更容易估算利用該參數(shù)對(duì)2個(gè)偏差調(diào)整的效果。

總的來(lái)看，環(huán)幅數(shù)對(duì)面積偏差為負(fù)修正量，對(duì)透氣量偏差在大部分尺寸范圍內(nèi)為正修正量；在小尺寸條件下，環(huán)幅數(shù)對(duì)2個(gè)偏差的靈敏度較強(qiáng)，面積偏差靈敏度可達(dá)–0.02，透氣量偏差靈敏度可達(dá)+0.08；尺寸較大時(shí)，偏差靈敏度進(jìn)一步收斂，面積偏差靈敏度在–0.004左右，透氣量偏差在±0.01的范圍內(nèi)。也即是說(shuō)，在名義尺寸較大時(shí)，如果保持總幅高不變而增加一環(huán)（相應(yīng)的帆幅減少一幅），將會(huì)帶來(lái)實(shí)際面積約0.4%的負(fù)增量；而對(duì)透氣量的修正量則分布在±1%之間，既有增大透氣量、也有減小透氣量的可能，因而不易估算修正結(jié)果，修正效果并不理想。

圖8 環(huán)幅數(shù)對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響Fig.8 The area-deviation and the porosity-deviation under different values of Nhf

圖9 環(huán)幅數(shù)對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的靈敏度Fig.9 The area-deviation sensitivity and the porosity-deviation sensitivity of Nhf

3.5 三角幅高系數(shù)Nfg對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響

圖10 三角幅高系數(shù)對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響Fig.10 The area-deviation and the porosity-deviation under different values of Nfg

圖11 三角幅高系數(shù)對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的靈敏度Fig.11 The area-deviation sensitivity and the porosity-deviation sensitivity of Nfg

不同三角幅高系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果如圖10、圖11。將幅高系數(shù)分別取作0.025 0、0.027 5和0.030 0進(jìn)行3組試驗(yàn)。由圖11可知，三角幅高系數(shù)對(duì)面積偏差的靈敏度隨著面積的增大逐漸集中于2.6±0.5的范圍內(nèi)，對(duì)透氣量偏差的靈敏度則散布在±4的范圍內(nèi)?？紤]三角幅高系數(shù)取值范圍為0.025 0到0.030 0，取值較小、調(diào)整的幅度相應(yīng)較小。也即是說(shuō)，通過(guò)調(diào)整三角幅高系數(shù) 0.001可獲得對(duì)面積偏差約 0.2%到 0.3%左右的穩(wěn)定修正量，對(duì)透氣量偏差的修正量在±0.4%的范圍內(nèi)。與環(huán)幅數(shù)類似，由于調(diào)整的結(jié)果在正負(fù)偏差范圍內(nèi)都有較為均等的分布，因而三角幅高對(duì)于透氣量而言并不是一個(gè)好的修正參數(shù)。

近年來(lái)，旅游地是環(huán)境污染的重災(zāi)區(qū)。一些污染物不容易消解，會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成巨大的影響[3]。旅游地產(chǎn)品應(yīng)盡量使用可再生資源。杜絕景區(qū)不文明消費(fèi)，營(yíng)造一個(gè)綠色消費(fèi)的旅游環(huán)境。在旅游消費(fèi)中，應(yīng)注重精神文化消費(fèi)和適度消費(fèi)，建立健全景區(qū)綠色消費(fèi)制度。

3.6 設(shè)計(jì)阻力系數(shù)CD對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響

令CD在0.6～1.0的區(qū)間內(nèi)等分取值共進(jìn)行5次試驗(yàn)。在環(huán)帆傘設(shè)計(jì)過(guò)程中，CD主要用于確定給定阻力面積下的名義面積，如式（6）所示

式中 [CA]0為阻力面積、由任務(wù)指標(biāo)給定；A0為名義面積。

就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，CD的作用僅在于為不同的任務(wù)指標(biāo)提供相應(yīng)的名義尺寸，并不影響設(shè)計(jì)產(chǎn)生的面積偏差和透氣量偏差隨名義尺寸變化的曲線；也即只有CD不同、其余輸入?yún)?shù)和可變參數(shù)均相同的兩次環(huán)帆傘設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的面積偏差與透氣量偏差分別對(duì)應(yīng)的是同樣的面積偏差曲線與透氣量偏差曲線、只是在曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)不同而已。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)（圖12），不同CD的曲線除了由名義尺寸范圍變化而導(dǎo)致的繪圖區(qū)間差異之外完全重合。對(duì)于某次設(shè)計(jì)活動(dòng)而言，設(shè)計(jì)阻力系數(shù)只是影響該次設(shè)計(jì)所對(duì)應(yīng)的名義尺寸大小，也即是在曲線上的取點(diǎn)位置。

圖12 設(shè)計(jì)阻力系數(shù)對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響Fig.12 The area-deviation and the porosity-deviation under different values of CD

3.7 縫寬Bhf調(diào)整百分比對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響

在原有設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上減小和增大10%所有縫寬，進(jìn)行3次試驗(yàn)。由圖13與圖14可知，縫寬對(duì)面積偏差的影響較小，對(duì)透氣量偏差影響較大，并且在增大縫寬時(shí)，實(shí)際面積與結(jié)構(gòu)透氣量都同時(shí)增大。在小尺寸時(shí)，縫寬對(duì)面積偏差的靈敏度在0.06到0.12之間變動(dòng)，也即是說(shuō)增大10%的縫寬會(huì)增加0.6%到1.2%左右的面積；而在較大尺寸時(shí)，增大10%的縫寬會(huì)增大0.6%到0.8%左右的面積，浮動(dòng)區(qū)間較小，能夠?qū)崿F(xiàn)較精確的調(diào)節(jié)。同時(shí)，縫寬在小尺寸與大尺寸環(huán)帆傘設(shè)計(jì)中因?yàn)閷?duì)透氣量的靈敏度較高且浮動(dòng)較小，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)透氣量較為快速與精確地調(diào)節(jié)，10%的縫寬增量可換來(lái)9%左右的透氣量增量。

圖13 縫寬對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的影響Fig.13 The area-deviation and the porosity-deviation under different values of Bhf

圖14 縫寬對(duì)傘衣面積偏差與結(jié)構(gòu)透氣量偏差的靈敏度Fig.14 The area-deviation sensitivity and the porosity-deviation sensitivity of Bhf

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)不同可變參數(shù)取值下的環(huán)帆傘設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析和比較，得到關(guān)于環(huán)帆傘設(shè)計(jì)偏差的幾點(diǎn)結(jié)論如下：

1） 設(shè)計(jì)獲得的傘衣實(shí)際面積隨設(shè)計(jì)名義尺寸的變化關(guān)系是一條振蕩并在x軸遠(yuǎn)端收斂的曲線。也即，盡管隨著尺寸的增大，設(shè)計(jì)結(jié)果的離散性會(huì)逐漸減弱，但在局部范圍、特別是常規(guī)環(huán)帆傘所取用的尺寸范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)結(jié)果的離散性還是很強(qiáng)。

2）對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的面積偏差可以通過(guò)增減環(huán)幅數(shù)、調(diào)整三角幅高和環(huán)縫寬度獲得較好的修正結(jié)果，這3個(gè)可變參數(shù)對(duì)面積偏差的靈敏度相似，都在2%到0.2%的范圍內(nèi)。

3）對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的透氣量偏差可通過(guò)調(diào)整幅寬、縫寬以及增減環(huán)幅數(shù)獲得較好的修正，其中幅寬和環(huán)幅數(shù)的靈敏度較低，可作為細(xì)調(diào)使用；縫寬的靈敏度較高，可作為粗調(diào)使用。

以上結(jié)論可作為設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整的參考。然而，需要注意的是，在設(shè)計(jì)尺寸較小的環(huán)帆傘時(shí)設(shè)計(jì)結(jié)果的離散性較強(qiáng)，面積偏差與透氣量的偏差分布區(qū)間較大，規(guī)律性較弱；各個(gè)可變參數(shù)的靈敏度在小尺寸設(shè)計(jì)時(shí)離散性也都較強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)范、快速地對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正。同時(shí)，考慮到可能的參數(shù)組合較多，而本文只是選取了一種較為常見(jiàn)的參數(shù)組合作為研究基礎(chǔ)，因此這些結(jié)論在整個(gè)環(huán)帆傘設(shè)計(jì)所覆蓋的參數(shù)組合范圍內(nèi)是否具有穩(wěn)定性，需要通過(guò)進(jìn)一步的研究加以明確和細(xì)化。

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