基于ALE的降落伞充气过程数值仿真

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1、第44卷第3期2012年6月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsV01．44No．3Jun．2012基于ALE的降落伞充气过程数值仿真程涵1余莉1李胜全2(1．南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016；2．中国航空研究院609所，南京，211102)摘要：采用任恚拉格朗日一歇拉法(ArbitraryLagrangeEulermethod．ALEM)流目耦舍方法模拟某模型伞在低速气流作用下克气展开过程。计算获得了充气过程中伞表应力、流场速度矢量、压力以度伞衣半径变化等结果．与

2、试验对比，开伞过程相同，同样出现了伞表项部塌陷、抖动等现象。通过对数值结果的分析解释了伞表抖动以及风洞试验中伞底拍动产生巨大嗥声的原因。同时预测开伞过程中的危险藏面．关键词：气动战速器I开伞过程}任意拉格朗目一欧扛法；五

3、限质量中图分类号：V244．21文献标识码：A文章编号；1005—2615(201z)03一oz90—04NumericalSimulationofParachuteInflationProcessBasedonALEChengHunl，Yu厶1。12Shengquan2(1．CollegeofAerospaceEngineering，Nanjing

4、UniversityofAeronautics&Astronautics，Naniing，210016，China；2．ResearchinstituteNo．609，ChineseAeronauticalEstablishment，Naniins，211102，China)Abstract：Theparachuteopeningprocessinlow-speedairflowissimulatedbasedonALEmethod．ThenumericalresultsofthestructuraIstress，thevelocityvector，thepressu

5、recontoGrofflowfietd，thedi—ameterchangeofcanopyandsoonarcobtained．Comparedwiththetest，theopeningprocessesarethesame，andthephenomenasoftopsinkandcanopyshakeareobserved．Finally，themechaniealmecha—nismexplanationofcanopyshakeandthehugenoisecausedbycanopyflappingintests，andthepredic—tionofd

6、angeroussectionduringopeningaregivenbytheanalysisbasedonnumericalresults．Keywords：aerodynamicdecelerator；openingprocess；arbitraryLagrangeEulermethod(ALEM)；infi-nitelnass降落伞以重量轻、减速效果好等特点在航空、航天以及兵器等领域有着广泛的应用。而国内降落伞设计主要基于经验和半经验公式，需要通过大量的实物试验来验证，但是这种方式不仅耗费大量人力物力，更重要的是延长了研制周期，不利于发现降落伞的工作机理，于

7、是会出现设计、试验成功，实际运用失效，再试验又成功的现象．而数值模拟方法以其经济性、灵活性等特点在降落伞开伞研究中开始得到应用。降落伞折叠展开表象上简单，但是其力学机理极为复杂，是一个典型的漉固耦会、强非线性时变系统：柔性织物在内、外流场的作用下发生急尉大变形，这是一个几何非线性与材料非线性并存的瞬间大变形结构动力学问题；而伞衣内外流场也十分复杂，伞衣内部为显著的湍流状态，外部存在严重的分离现象n4】。在国外，一些著名的流固耦合领域的权威都用降落伞工作过程计算来验证其数值模型的可靠性和准确性，降落伞工作机理之复杂可见一斑。国外早在20世纪80年代就开始采用气动一结构相

8、互作用机理来研究降落伞的充气过程。具有代表性的工作有：Purvis利用简化的伞衣结构模型和伞衣内部流体运动模型[3J，初步实现了形状和伞衣内部流场的二维耦合计算，然而这种模型较为粗糙，对阻尼系数较为敏感；1993年，Stein，Benney等人提出了降落伞CFD和质点弹性阻尼(Mass·spring-damper，MSD)的耦合模型M】，忽略织物基金项目：国家自然科学基金(11172137)资助项目．收稿日期：2011-07—15l修订日期：2012—01—30通讯作者：余莉，女，教授，博士生导师，1969年出生，E—mail；yuli—happy@