基于ALE方法的开缝降落伞充气过程研究

《基于ALE方法的开缝降落伞充气过程研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第34卷第1期航天返回与遥感2013年2月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING13基于ALE方法的开缝降落伞充气过程研究高兴龙高庆玉张青斌唐乾刚(国防科技大学航天科学与工程学院，长沙410073)摘要为了解某型空投救生伞(平面圆开缝)的开伞特性，文章对其充气过程进行了数值模拟研究。建立了降落伞结构以及流场的计算力学和数值仿真模型．并利用任意拉格朗日一欧拉耦合方法计算得到了流固耦合作用下有缝降落伞的伞衣投影面积和充气过载的数值结果：同时给出了伞衣外形的三维变化结果及流场衍变特性。仿真结果验证了任意拉格朗日一欧拉有限元方法对于开缝型降

2、落伞充气过程数值计算的收敛性和有效性．可用于降落伞试验的模拟和技术验证。关键词流固耦合任意拉格朗日一欧拉方法充气过程开缝降落伞中图分类号：V441．8文献标志码：A文章编号：1009—8518(2013)01．0013—08DOI：10．3969／j．issn．1009-8518．2013．01．002AStudyontheSlots-parachuteInflationBasedonALEMethodGAOXinglongGAOQingyuZHANGQingbinTANGQiangang(CollegeofAerospaceScienceandEngine

3、ering，NUDT，Changsha410073，China)AbstractNumericalstudyontheinflationofsomelifeparachute(flatroundslots)isinvestigated．Thecomputationalmechanicmodelsaswellasthefiniteelementmodelsofstructureandflowfieldarebuilt．thenbyutilizingtheArbitraryLagrange—Euler(ALE)couplingmethod,the3Ddynami

4、cresultsofFluid-StructureInteraction饵SDofparachuteispresented．Canopydeformationruleandinflationforcesareobtained．ThesimulationresultsvalidatetheconvergenceandveracityofALEmethodforcomputationofparachuteinflation．Thissimulationtechniquecouldbeusedasatechnicalsupportfortheparachutete

5、st．Keywordsfluid·-structureinteraction；ArbitraryLagrange·-Eulermethod；inflation；slots·-parachute1引言降落伞空投过程可分为自由坠落、拉直、充气、稳定下降、着陆几个阶段【l】，其中充气过程的力学行为最为复杂，涉及到柔性织物的弹性变形与气动力的耦合作用，是典型的流固耦合问题。该问题的研究一直是航空航天领域的前沿性课题。由于伞衣结构的透气性和大变形等力学特性，使得作用于伞衣表面的气动力分布较为复杂．内外流场呈现极度不规则性。依靠传统的经验理论方法难以对伞衣和周围流场的动

6、力学行为进行准确的预测。近年来．伴随着计算机技术和计算力学方法的发展．数值模拟技术在降落伞研究领域得到了广泛的应用。俄罗斯早在20世纪70年代就将数值模拟技术引入到降落伞研究领域。美国的T．Tezduyar教授及其领收稿日期：2012—08—12基金项目：国家自然科学基金(No．11272345)14航天返回与遥感2013年第34卷导的“先进流体仿真建模团队”【24】基于“变空间域／稳定时间一空间”(Deforming-Spatial—Domain／StabilizedSpace．Time，DSD／SST)格式对十字型伞、密实织物伞的流固耦合计算问题进行了深

7、入研究，并开发了针对伞衣结构几何透气性的均质建模方法。法国的政府国防采购部门的ChristineEspinosa等人曾利用任意拉格朗日一欧拉(ArbitraryLagrange—Euler,ALE)有限元方法开发了SINAP软件对降落伞流固耦合现象进行了数值仿真。并基于有限元软件LS．DYNA对降落伞空投试验进行了数值模拟阁。相比之下．国内研究者早期对降落伞充气过程的机理研究较多[6-8]．近年来则逐渐侧重于对降落伞的动力学计算仿真及工程技术验证，文献[9—11]基于LS—DYNA软件和AI正方法对降落伞开伞过程进行了三维数值仿真。整体来说国内降落伞领域的研

8、究水平近年来得到了显著提高，但研究伞型对象较单一，伞