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1、无限质量降落伞充气动力学数值模拟*收稿日期:2015-11-16基金项目:国家自然科学基金资助项目(11272345,51375486);国防科大校预研计划(JC13-01-04)作者简介:高兴龙(1987-),男,吉林蛟河人,博士研究生,E-mail:18674853560@163.com;张青斌(通信作者),男,副教授,博士,硕士生导师,E-mail:qingbinzhang@sina.com.高兴龙,张青斌,高庆玉,唐乾刚(1.国防科技大学航天科学与工程学院,湖南长沙410073)摘要:为分析降落伞火星再入环境下的超声速开伞性能,基于任意欧拉-拉格朗
2、日罚函数法和多介质ALE(Multi-MaterialArbitraryLagrangeEuler)算法,求解可压缩流场与降落伞结构的耦合动力学模型。数值模拟盘缝带伞超声速开伞过程外形变化,预测气动力作用下的伞衣织物三维结构动力学行为。结合风洞试验数据,对比分析降落伞开伞性能和前置体对伞衣充气外形的影响。最终给出超声速伞周围非稳态流场的尾流和激波分布。仿真结果表明:盘缝带伞超声速开伞过程完全充满且充气效果良好,未出现塌陷情况。随着来流马赫数的增加,降落伞阻力系数逐渐减小,充气时间增加,与试验结果保持一致,验证了本文方法的有效性。关键词:降落伞;超声速流动;
3、无限质量充气;流固耦合;可压缩流中图分类号:V441.8文献标志码:A 文章编号:1001-2486Numericalsimulationonparachute'sinfinitemassinflationdynamicsGAOXinglong,ZHANGQingbin,GaoQingyu,TANGQiangang(1.CollegeofAerospaceScienceandTechnology,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Toanalyzeth
4、esupersonicopeningperformanceparachuteinMarsentryenvironmentarestudied.BasedontheMulti-materialArbitraryLagrangeEuler(MMALE)methodalgorithm,thecouplingmodelsbetweencompressiblefluidandflexiblestructureofparachutearesolved.Theevolutionof3DshapeofDGBparachuteduringsupersonicinflatio
5、nissimulated,andthestructuraldynamicsbehaviorsofcanopyfabricispredicted.Thedragareaandcoefficientsarecomparedwiththewindtunneldata.Theinflationperformanceofparachuteandtheinfluenceofforebodyareanalyzed.Finally,thewakeofunsteadyfluidanddistributionofshockwavearoundsupersonicparachu
6、teareinvestigated.Theresultsshow:TheDGBparachuteiswellinflatedwithoutseriouslycollapse.AstheincreaseofMachnumbers,thedragcoefficientsgraduallydecrease,alongwiththeincreaseoftheinflationtime,whichbringintocorrespondencewiththetestresults,andprovethevalidityofthemethodproposedinthis
7、paper.Keywords:Parachutes;supersonicflow;infinitemassinflation;fluidstructureinteraction;compressiblefluid.进入、减速和着陆(Entry,Descent,andLanding,EDL)技术是深空探测实施过程的关键技术之一,降落伞作为EDL技术的重要组成部分,是火星探测器实现软着陆的关键环节。火星表面大气稀薄,降落伞减速工作处于低密度、超音速、低动压的工作环境[1],这些特点令火星探测中的降落伞开伞过程变得更为复杂。降落伞充气过程涉及到伞衣结构与气动压力
8、的相互作用,其流固耦合过程的求解作为降落伞研究领域的难点问题一直备