气囊充气过程流固耦合数值模拟

基于LS-DYNA有限元分析软件,采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合方法模拟了气囊充气过程,获得了充气过程中,气囊外形和流场之间的动态关系,分析了囊内流场的动态变化情况,并和气囊分析的控制体积(Control volume, CV)法进行了对比.结果表明,CV方法尽管简单,但对于高速下的气囊充气过程,无法获得囊内瞬态的流场变化及气囊表面的展开细节,确立了ALE方法在气囊充气仿真的可行性;通过囊面结构应力的分析,获得了气囊展开时的危险位置.该仿真结果对于协助气囊设计,减少试验次数具有重要意义.     

全向式着陆缓冲气囊的折叠建模与充气过程仿真

以"火星探路者"登陆系统的全向式气囊缓冲装置为例,首先对折叠后无褶皱的气囊和带褶皱的气囊分别进行了折叠建模研究,并对气囊中的加强筋和收缩绳进行了等效描述.然后采用具有较高计算效率的均压模型对气囊充气展开过程进行了模拟仿真.为全向式缓冲气囊的参数化设计打下良好的基础.     

基于ALE的降落伞充气过程数值仿真

采用任意拉格朗日-欧拉法(Arbitrary Lagrange Euler method,ALEM)流固耦合方法模拟某模型伞在低速气流作用下充气展开过程。计算获得了充气过程中伞衣应力、流场速度矢量、压力以及伞衣半径变化等结果。与试验对比,开伞过程相同,同样出现了伞衣顶部塌陷、抖动等现象。通过对数值结果的分析解释了伞衣抖动以及风洞试验中伞底拍动产生巨大噪声的原因,同时预测开伞过程中的危险截面。     

降落伞初始充气阶段数值模拟

根据降落伞的结构和其在充气过程中的受力特性,以某平面圆形伞为原型,建立了伞衣初始充气过程中的计算流体力学与结构动力学的耦合模型.首次考虑了充气过程中折叠伞表的张开问题,建立了更接近降落伞物理模型的初始充气阶段伞表质点结构和受力方程.对流场的变化采用了准定常假设,利用simple算法数值模拟求解RNG κ-ε湍流模型下的雷诺平均N-S方程以获得每一状态伞表张开部分与折叠部分交界处质点的压差系数.把数值计算结果和试验结果及经验值比较,得到如下结论:(1)初始充气阶段伞衣外形变化为:整个阶段,伞衣展开部分外形基本保持较光滑的直筒形状,而非喇叭形.与试验结果相比,计算结果较真实地反映了初始充气阶段伞衣外形的变化情况.(2)当无因次充气时间为0.27左右时.初始充气阶段结束,伞衣投影面积随充气时间呈线性变化,计算值与实验值接近.     

阻力伞及气囊气动特性风洞试验技术研究

对阻力伞、气囊等柔性减速器进行了风洞试验研究.采用高速摄像清晰地记录了阻力伞在M=1.0条件下的开伞过程、气囊在M=6.0条件下充气过程的外形变化,准确地测得了气囊在M=6.0条件下充气过程的阻力时间历程,且气囊充气过程外形变化的时间历程与阻力时间历程相符.此外,对阻力伞高速风洞试验的堵塞度影响进行了研究.结果表明,通过研究,为柔性减速器的气动特性测试建立了新的试验技术.     

钝体超空泡倾斜穿过自由面出水实验及数值模拟

超空泡弹体带迎角地穿过自由面时，自然空化空泡转变为充气空泡，这个过程对于评估潜射导弹的可靠性非常关键。本文对该过程进行了实验研究、理论分析和数值模拟。研究发现，当超空泡倾斜地与自由面接触后，更容易形成充气空泡。当水中物体突然进入空气中，物体速度会有一个跃增。应用数值仿真软件，采用多相流模型模拟了航行体倾斜出水时超空泡从生长到溃灭的整个过程。计算结果表明，当超空泡物体接近自由面时，自由面抬高隆起，超空泡下部的压力大于上部的压力。但是通过对比实验数据后发现，计算软件中的Schnerr and Sauer空化模型不适用于超空泡与自由面相互作用之后的充气空泡。     

基于SPH的通用航空器紧急迫降的安全飞行

随着中国经济快速发展,综合国力不断增强,我国通用航空业获得前所未有的发展机遇,同时也带来通用航空器飞行安全问题,因此,如何提高航空器安全性已成为至关重要的研究课题。本文首先对通用航空紧急迫降飞行事故案例进行分析,结合WG30直升机全机水上冲击试验与PAM-CRASH软件数值模拟研究结果,采用SPH无网格法数值模拟技术,对通用类小型飞机在水面的冲击问题进行仿真,精确得到飞机水上迫降过程中着水速度、着水加速度以及着水姿态角变化情况,结果表明:T=400 ms时刻,飞机出现姿态角峰值,约为33°,抬头力矩达到最大,在T=20 ms时刻垂直方向速度出现峰值,最大值Vmax为1.4831m/s,满足民航规章中要求(迫降过程中垂直速度不超过1.524 m/s)。仿真结果对研究通用航空器飞行安全提供技术参考,以提高通用航空器飞行安全性。     

改进气囊供气系统

提出了无人机回收缓冲气囊设计的新构思,采用压缩空气充气和从环境获取空气相结合的方法填充气囊.对气囊的结构形式、进排气口的设计、排气口面积的计算、缓冲过程的计算和气囊体积的计算等问题进行了讨论,并制定了相关的试验方案.这种新型自克气囊如果能够实现,则可大幅度降低整个缓冲气囊系统的重量,在无人机回收技术上实现突破.     

充气式天线抛物反射面展开的ABAQUS模拟

使用有限元方法研究空间充气式天线的抛物反射面的展开过程,并通过CATIA软件建立抛物反射面、支撑外环和拉杆的几何模型,再使用ABAQUS/CAE生成网格。利用ABAQUS软件中基于面的流体建模方法,修改inp文件建立有限元模型。模拟结果显示,网格的尺寸对展开结果影响明显。并分析了抛物反射面的展开过程、充气速率和充气量对展开结果的影响。     

多腔体气囊式回收系统的着陆冲击动力学建模与分析

首先对深空探测气囊式回收系统的结构特性进行了分析,讨论了多腔体气囊系统动力学分析模型的构造思路。然后引入一维流管理论描述子气囊之间气体流动的通气孔。最后通过气囊式回收系统着陆冲击过程的仿真分析了通气孔面积对系统着陆缓冲性能的影响,验证了通气孔模型的有效性。分析结果表明,本文建立的动力学分析模型能够较为全面地反映出气囊式回收系统的着陆冲击过程,分析出回收系统的各项工作参数或环境因素对系统着陆缓冲性能的影响。