超声速气球伞气动性能研究

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1、中图分类号：V475.9论文编号：102870115-S242学科分类号：082504硕士学位论文超声速气球伞气动性能研究研究生姓名陈潇学科、专业人机与环境工程研究方向安全救生与生命保障指导教师余莉教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchofAerodynamicPerformanceofSupersonicBalluteAThesisinMan-Machine&Envir

2、onmentEngineeringbyChenXiaoAdvisedbyProf.YuLiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以

3、采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要相比于常规降落伞，气球伞具有超音速下性能好、耐高温、质量轻、负载大、发射成本低、可靠性高等优点，但是对气球伞的研究成果却远远少于常规降落伞系统，而国内对于气球伞的研究还基本处于待起步阶段。本文首先通过文献调研，整理了某型气球伞的风洞试验数据，并通过数值模拟对阻力系数和伞衣表面的压力分布进行了对比，结果显示阻力系数变化趋势一致，表面压力分布吻合良好，证明了数值模拟的正确性和有效性。其次，对气球伞的绕流流场进行了流场结构、密度场、温度场和气球伞气动性能

4、的分析，数值结果表明扰流环对前体（载荷体）的流场影响有限，主要影响气球伞周围流场，伞衣表面扰流环前方会出现压力的跃升，研究表明扰流环结构能很好地改善跨声速及亚声速气球伞的稳定性。然后对不同结构尺寸下的气球伞开展了流场计算，研究了前体流场及吊挂距离对气球伞气动性能及流场结构的影响，分析了扰流环结构直径大小对气球伞超声速气动性能的影响，结果表明扰流环对阻力系数的影响随着气球伞外形包络线不同而不同。最后通过等张力面理论和高超声速牛顿流体压力分布理论，开展了等张力面型气球伞的初步设计,实现了在缺少风洞试验数据情况下气球伞外形包络线的设计，并结合本文扰流环对气动性能的研究成果进行了扰流环的结

5、构设计。本文总结的气球伞数值研究结果及等张力面型气球伞设计方法不仅对气球伞的设计和分析有一定的指导作用，对超声速再入（进入）减速系统的设计也有一定借鉴作用。关键词：气球伞，数值研究，设计，等张力面，气动性能，扰流环，流场结构I超声速气球伞气动性能研究ABSTRACTComparedwithconventionalparachutesystem,ballutesystemhasadvantageslikesuperiorsupersonicperformance,hightemperatureresistance,lightweight,highload,lowlaunchcosta

6、ndhighreliability.Buttheresearchresultsofballutesystemarefarlessthanthoseofconventionalparachutesystem,andthedomesticresearchonballutearebasicallyinbeginningstage.Firstly,throughliteratureresearch,thewindtunneltestdataofacertaintypeofballuteissortedoutinthisdissertation,andthenumericalsimulati

7、onofballutesystemisverifiedbyacomparisonwiththisdata.Thecomparisonmainlyincludesthecomparisonofdragcoefficientandcanopysurfacepressuredistributionwhichdemonstratesthevalidityofthenumericalsimulation.Theresultofcomparisonshowsthedragcoef