降落伞稳定下降阶段流场的数值模拟

随着计算流体力学 (CFD)和结构有限元分析法的兴起 ,精确描绘降落伞力学特性成为可能。文中采用有限体积法求解不可压流的N -S方程 ,采用Spalart-Allmaras(SA)模型作为湍流模型 ,以模拟降落伞稳定下降阶段时的流场特性。流场的计算结果与实验数据基本一致 ,这表明该方法对降落伞的分析是有效并且可行的     

轴对称降落伞稳定下降阶段的流场特性

文章根据降落伞的特点，通过3点假设（伞衣的薄膜假设、降落伞的轴对称假设和流场的定常假设），将三维复杂流动问题，转化成二维轴对称问题，以节约计算时间。然后，建立轴对称降落伞的流体力学计算模型，利用数值模拟手段，求解RNG（Renormalization Group）k-epsilon湍流模型下的N-S方程组，获得与有关单位试验相吻合的计算结果。分析发现带顶孔的轴对称降落伞绕流和亚临界状态下带中心孔的圆球绕流，在尾流区拓扑结构上几乎完全一致。结果表明建立的轴对称降落伞模型，能够揭示降落伞流场的本质特性，为进一步研究降落伞流场的流动机理和流固耦合问题打下基础。     

轴对称降落伞稳定下降阶段的流场特性

文章根据降落伞的特点,通过3点假设(伞衣的薄膜假设、降落伞的轴对称假设和流场的定常 假设),将三维复杂流动问题,转化成二维轴对称问题,以节约计算时间。然后,建立轴对称降落伞的流体力 学计算模型,利用数值模拟手段,求解RNG(Renormalization Group)k-epsilon湍流模型下的N—S方程组,获 得与有关单位试验相吻合的计算结果。分析发现带顶孔的轴对称降落伞绕流和亚临界状态下带中心孔的 圆球绕流,在尾流区拓扑结构上几乎完全一致。结果表明建立的轴对称降落伞模型,能够揭示降落伞流场 的本质特性,为进一步研究降落伞流场的流动机理和流固耦合问题打下基础。     

基于ALE方法的开缝降落伞充气过程研究

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-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-欧拉有限元方法对于开缝型降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。     

面向降落伞稳态CFD计算的网格生成方法研究

降落伞稳态流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)计算的网格生成是一个带边界层的三维复杂域网格生成问题,目前用于边界层计算的混合网格生成方法,往往存在计算繁琐、应用范围窄、自动化差、以及难以适应复杂外形的缺点。文章提出了一种结合约束德洛内(Delaunay)网格生成和网格前沿推进技术的降落伞稳态CFD计算的流场网格生成方法,实现了降落伞网格和包括边界层区域在内的流场网格一体化、全自动、高品质的生成。该方法采用网格前沿推进法来生成边界层区域的网格节点;算法整体上采用三维约束Delaunay网格生成技术,边界层层节点集合在网格生成过程中作为约束Delaunay三角化的约束条件,避免了复杂的网格求交计算和拓扑处理。网格生成实例表明,该方法能全自动生成降落伞稳态CFD网格,生成的网格品质、网格规模等满足降落伞稳态CFD计算的需求,同时该方法具有一定的通用性。     

降落伞数值模拟中的计算流体力学研究进展简介

文章介绍了降落伞数值模拟的基本思想。着重对降落伞数值模拟中的计算流体力学研究进展进行了综述，还对近年来的降落伞数值模拟应用进行了总结，突出了近两年来的发展变化。最后提出了降落伞流场的数值模拟尚需改进的若干方面。     

面向降落伞高空开伞的充气式钝锥阻力体气动构型仿真研究

针对钝锥阻力体航天器降落伞高空开伞试验采用低成本小直径火箭外形包络受限问题,提出在箭体上安装柔性充气环和充气裙锥两种变构型方案,用于模拟降落伞开伞过程真实流场环境。采用三维雷诺时均N-S（Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS）方程方法分别对某钝锥构型返回舱、某小型火箭以及火箭尾部加装充气环和充气锥裙4种构型进行流场数值模拟,并对比各种构型的尾流流场特征。计算结果表明,箭体上加装充气环和充气裙锥都可从一定程度上改善尾流特性;相比之下,采用充气裙锥方案更接近返回舱真实尾流流场。     

火星EDL过程动力学建模与仿真

针对火星着陆器的进入、减速和着陆(EDL)过程的关键动力学问题,分别建立着陆器进入、降落伞拉直、充气和稳定着陆等各阶段的较精细的动力学模型,并构建初步的多学科集成分析框架。基于着陆器六自由度刚体模型,仿真研究火星进入弹道的动力学特性;采用过载上升段自适应控制开伞策略,确定降落伞的开伞条件;利用降落伞拉直充气经验模型以及九自由度物-伞多体系统模型,研究降落伞减速过程的动力学特性;采用面向对象设计语言,建立EDL多学科集成仿真框架,从而实现火星着陆器从进入点至着陆点EDL全过程的参数化建模。本文所建模型可有效预测火星EDL过程的运动特性,也可指导深空探测中EDL系统的分析设计。     

降落伞数值模拟中的计算流体力学研究进展简介

文章介绍了降落伞数值模拟的基本思想。着重对降落伞数值模拟中的计算流体力学研究进展进行了综述 ,还对近年来的降落伞数值模拟应用进行了总结 ,突出了近两年来的发展变化。最后提出了降落伞流场的数值模拟尚需改进的若干方面     

基于控制体积方法的降落伞初始充气模型

考虑降落伞初始充气过程中降落伞变形情况与受力特性,建立了基于控制体积方法的初始充气模型。模型从理想气体状态方程出发,通过伞衣内部气体质量求解伞衣内部各个部分所受压力,将压力结果代入基于凯恩方法建立的伞衣结构模型中,即可得到对应的伞形;模型在计算时能够考虑伞衣结构透气的影响。数值计算的结果表明,模型计算得到的初始充气过程伞衣形状变化与试验吻合较好,初始充气时间与经验公式基本一致。该方法还可用于对降落伞主充气阶段的数值模拟。     

某型超声速半流伞气动热及气动特性研究

多用途飞船返回舱将以自旋方式半弹道再入大气层。返回舱再入飞行过程中,在超声速段存在第二个配平点,有可能出现姿态翻滚的情况。为避免返回舱姿态的不确定引起减速伞的开伞故障,返回舱配备了一个稳定伞,该稳定伞采用半流伞型,开伞高度约为26km,开伞时伞船系统Ma=3.0。因此,该降落伞面临非常严重的气动加热情况。文章基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,验证了简化模型的可靠性,并对二维模型进行仿真,得到了降落伞及流场的速度分布、压力分布、温度分布。可以看出:相同高度下,随着速度值的增大,流场的动压值也是在增大的;相同马赫数下,随着高度的降低,流场的动压值也在增大;伞衣内表面温度始终是要高于外表面温度,且伞面温度最高的区域都处于伞顶口附近的伞带内表面上。     

天问一号着陆器EDL过程建模与仿真

针对天问一号着陆器的进入、下降与着陆(EDL)过程,考虑伞降动态特性,建立包含大底与背罩分离过程的EDL全过程高保真仿真模型.对着陆器跨越高超声速到亚声速的飞行过程,特别是伞降过程中降落伞、着陆器、大底、背罩的相互作用进行建模,建立了着陆器六自由度刚体动力学模型、降落伞-着陆器(背罩)组合体模型、大底(背罩)-着陆器组...     

基于ALE方法的群伞稳降阶段的数值模拟

随着计算机技术和数值模拟的兴起,精确描绘降落伞力学特性成为可能。文章采用任意拉格朗日-欧拉法对美国“阿波罗”飞船降落伞回收系统的稳降阶段进行了数值模拟。通过建立结构动力学与计算流体力学的耦合模型,研究了3具环帆伞的流固耦合过程,并模拟了降落伞的外形变化和伞衣内外流场的变化。流固耦合计算结果表明,各伞最终稳定在20＆#176;左右,环帆伞的群伞效率因数约为0.93,比C-9伞大。文章的分析结果对中国探月工程回收系统的主伞设计具有参考意义。     

离心式喷嘴全流场数值模拟

将离心式喷嘴流场数值模拟由内流场扩展至外流场,将喷嘴出口的一段区域纳入计算域,探索用数值模拟方法研究全流场的流动特性并在此基础上对雾化特性进行分析。计算结果给出全流场的液膜形状以及气涡与液膜共存的流场结构,直接给出雾化锥角。采用VOF方法捕捉气液界面,湍流模型选择RNG双方程模型,对容积分数方程选择积分平均型TVD格式...     

无人机伞降回收过程动力学建模与仿真

文章以无人机的降落伞回收系统为研究对象,通过对伞降回收过程中各阶段动力学特性的分析,推导了便于编程实现的矢量形式降落伞-飞行器二体系统动力学模型。在此基础上,给出了利用MAT-LAB环境的面向对象和并行计算特性搭建无人机回收过程蒙特卡罗仿真环境的一种实现方案。最后,根据仿真计算的结果对某无人机在不同条件下的回收安全性、落点散布特性等进行了计算分析,为后续总体设计方案的验证、改进和优化提供了参考依据。     

火箭燃气冲击流场的激波特性

本文详细论述了火箭发射燃气冲击流场的激波特性，侧重讨论了其在平面和斜面上的马赫结构，并就冲击流场的不同情况提出了切合实际的计算模型。     

降落伞最小弹射分离速度的计算方法

作为气动减速装置的多级或单级降落伞系统,一般利用火工作动装置实现第一级或者单级降落伞的弹射分离,但必须确保足够的弹射分离速度才能为降落伞的充气张满创造好条件,以确保随后降落伞系统依次完成设定的工作程序。此降落伞最小弹射分离速度是降落伞系统设计的关键参数之一。文章针对降落伞弹射拉直过程的一般特点,基于一定的合理假设,介绍了两类降落伞弹射拉直过程的基本动力学模型,分别为二维平面简化模型及三维弹簧阻尼模型。利用二维平面简化模型可得出降落伞最小弹射分离速度的计算公式,利用三维弹簧阻尼模型可以进一步详细分析弹射分离速度的影响。文章给出了利用此两类模型的一个应用算例,用于对某火星进入器的单级降落伞所需弹射分离速度进行分析。基于文章的动力学模型可以对降落伞的拉直过程进行计算分析,并确定降落伞的最小弹射分离速度,从而为降落伞系统的方案设计提供参考。     

大型伞绳帆和抽打现象连续模型及验证

文章主要推导了可用于描述大型降落伞绳帆和抽打现象的一般绳索三维动力学连续模型,及弦坐标系下可用于求解绳帆现象的两点边值问题(BVP)模型,并采用某型号大型降落伞的空投录像和杆件算例对模型进行验证对比,说明了模型的正确性,采用这一连续模型能够更直观地对大型伞的绳帆和抽打现象进行定性和定量分析。     

前缘切口对冲压式翼伞的气动力影响

充压式翼伞是一种高性能的降落伞 ,其充气后的形状与飞机的机翼类似。翼伞前缘切口是翼伞区别于机翼的主要特征之一。文章利用CFD工具 ,对二维翼型剖面的切口模型进行了气动力计算 ,研究了两个切口参数 (切口角度和切口高度 )对翼型剖面气动力特性的影响。     

加扰流环双组元LAE的流场数值仿真

采用交错网格系统SIMPLE算法和二维两相流场燃烧模型，对有不同形状(矩形、圆弧三角形及其混合结构)和位置扰流环的某双组元液体远地点发动机(LAE)流场进行了数值仿真计算。结果表明，扰流环对提高燃烧效率作用明显。环的位置应适中(不能过于靠近头部和喷管出口处)，其高度越大，燃烧效率越高。另外，矩形环的压力损失大于三角形环。