Simulation of 3D parachute fluid–structure interaction based on nonlinear finite element method and preconditioning finite volume method

A fluid–structure interaction method combining a nonlinear finite element algorithm with a preconditioning finite volume method is proposed in this paper to simulate parachute transient dynamics. This method uses a three-dimensional membrane–cable fabric model to represent a parachute system at a highly folded configuration. The large shape change during parachute inflation is computed by the nonlinear Newton–Raphson iteration and the linear system equation is solved by the generalized minimal residual(GMRES) method. A membrane wrinkling algorithm is also utilized to evaluate the special uniaxial tension state of membrane elements on the parachute canopy. In order to avoid large time expenses during structural nonlinear iteration, the implicit Hilber–Hughes–Taylor(HHT) time integration method is employed. For the fluid dynamic simulations, the Roe and HLLC(Harten–Lax–van Leer contact) scheme has been modified and extended to compute flow problems at all speeds. The lower–upper symmetric Gauss–Seidel(LUSGS) approximate factorization is applied to accelerate the numerical convergence speed. Finally,the test model of a highly folded C-9 parachute is simulated at a prescribed speed and the results show similar characteristics compared with experimental results and previous literature.     

“神舟十号”飞船载人交会对接任务圆满成功回收 着陆分系统为飞船成功着陆保驾护航

<正>2013年6月26日8时07分,"神舟十号"载人飞船乘着醒目的降落伞于内蒙古四子王旗安全着陆,3名航天员健康出舱,标志着"神舟"载人飞船首次交会对接应用飞行任务取得了圆满成功。"神舟十号"飞船在轨飞行15天,其间和目标飞行器"天宫一号"成功对接,完成了载人天地往返运输系统的首次应用飞行,是对"神舟九号"载人交会对接技术的"拾遗补缺"。至此,中国载人航天第二步任务第一阶段完美收工,中国航天从此全面进入空间实验室和空间站的研制阶段。     

降落伞充气理论的发展

综述了降落伞充气理论的研究成果与发展状况,内容涉及以质量守恒方程为基础的降落伞充 气理论;以伞衣径向运动方程为基础的伞衣充气理论;流固耦合的伞衣充气理论。在介绍各种研究方法的 同时,阐述了降落伞充气过程包含的复杂物理现象、研究难点及解决方法,最后指出了当前充气过程研究的 热点及发展趋势。     

航天器海上伞降回收技术发展与展望

对海上伞降回收的国外发展情况、关键技术以及我国开展海上伞降回收的研究基础和展望进行了介绍。目前,美国是采用海上伞降回收最多的国家,已经成功完成了多种型号飞船返回舱、航天飞机助推器以及整流罩的海上伞降回收。根据航天器海上伞降回收的方案,海上伞降回收的关键技术可分为降落伞气动减速、航天器着水冲击、航天器姿态调整、海上标位以及海上救援回收。基于我国现有的研究基础和技术储备,我国开展海上伞降回收已经具备一定的条件,可为我国未来海上伞降回收的开展提供较好的支撑。为建立完整的海上伞降回收体系,仍需解决航天器海上空投试验以及高海况海上综合试验、海上救援回收体系搭建、溅落海区的选择以及大质量航天器群伞减速技术等问题。     

降落伞系统动力学的面向对象仿真框架

针对当前降落伞系统动力学仿真中存在的问题,引入面向对象分析方法建立了开放性的仿真框架。框架由模型库、算法库和系统库三部分组成。实现了基元模型接口的规范化和模型库的层次化,提高了框架可扩充性和适应性。框架提供了通过基元模型组合来建立系统模型的机制,可支持针对不同系统、不同应用的仿真工作。利用该仿真框架,完成了某型飞船降落伞系统建模仿真,验证了框架的有效性。     

一种两级减速再入返回系统优化设计

针对未来天体大质量取样返回需求,为了降低再入返回过程的热流密度和温度,避免降落伞被开伞时产生过大的载荷破坏,提高减速系统的工作效率,文章提出了充气锥+降落伞两级减速再入返回系统。首先,对不同取样返回方案的钝头半径进行总热流密度的优化设计;然后,获取了各方案中充气减速段驻点的热流密度、温度变化,降落伞收口、全展开开伞载荷和着陆速度;最后,根据返回舱质量与尺寸的关系,对取样质量进行估算。当返回舱的质量为6～8 t时,各方案驻点最大热流密度范围为3.35～11.4 MW/m~2,降落伞的最小收口充满载荷为77.1 kN,最小全展开充满载荷为159.9 kN。两级减速再入返回系统的样品舱质量可达3000～6000 kg。文章的研究结果,可为后续深空探测取样返回回收系统设计提供参考。