充气式减速器再入及入水过程流固耦合数值模拟

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangtianmei02
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充气式减速器是时下新兴的再入气动减速装置,其展开后呈倒锥形,能有效的进行气动减速,不同于传统的刚性返回器,充气式减速器的柔性材料受环境影响易发生变形,为探究其再入及入水过程中的工作性能,本文对充气式减速器的流固耦合数值模拟展开研究。首先,本文基于ANSYS Workbench平台确立单向流固耦合的数值计算方案,对柔性结构的流固耦合模型进行建立,并以充气翼为模型开展了流固耦合数值模拟,数值结果与文献结果一致,验证了耦合计算方法的准确性。在此基础上,对柔性充气式减速器再入弹道上的典型工况开展流固耦合数值计算,研究外流场气动特性,得到不同工况下流场的压力、速度、温度分布规律,并发现最大压力出现在充气式减速器钝头体处并沿子午线向外侧逐渐递减;探讨了结构中蒙皮和充气管的形变、应力、应变,发现充气式减速器再入过程中结构变形很小具有很好保形性,结构最大应力远小于材料许用应力,说明再入过程安全可靠。其次,对不同厚度、不同内压的充气管进行了模态分析,发现其固有频率随充气管内压增加而增加,随充气管厚度增加而降低。然后,本文对充气式减速器入水过程进行ALE流固耦合数值仿真研究。通过半球体入水仿真的计算与文献结果对比验证了本文ALE方法的准确性。在此基础上,建立了充气式减速器入水的数值模型,使用ALE方法对充气式减速器的入水过程进行模拟。得到其入水过程中的姿态、过载、压力变化,发现在入水过程中,最大过载和压力出现在最初入水时刻。并就入水速度、入水角度、水平风向对入水过程的影响进行了讨论,发现入水过载随入水速度和角度的增大而增大,水平风向主要对姿态角产生影响。本文对通过流固耦合数值模拟对充气式减速器在再入和入水过程中工作性能展开分析,能够为充气式减速器再入及入水砰击提供一定参考。
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