降落傘系統(tǒng)流固耦合數(shù)值模擬.pdf

1、降落傘作為航空航天救生系統(tǒng)和減速系統(tǒng)的重要工具，其結(jié)構(gòu)變形快速而劇烈，流場運動復(fù)雜而多變，一直是降落傘工程設(shè)計人員關(guān)注的難點。本文針對降落傘數(shù)值模擬方法中的關(guān)鍵問題，提出并發(fā)展了一套使用預(yù)處理有限體積法、非線性有限元方法、擬固體動網(wǎng)格方法三大模塊組合的降落傘流固耦合數(shù)值算法。
　　首先開發(fā)了一套預(yù)處理全速域粘性流體力學(xué)數(shù)值計算程序，空間離散方法采用非結(jié)構(gòu)有限體積方法，虛擬時間推進采用LU-SGS迭代算法，物理時間推進采用二階精度差

2、分方法。對流通量計算格式包括Roe格式、HLLC格式，粘性流動計算的湍流模型采用Spalart-Allmaras一方程模型。針對通量分裂格式和LU-SGS迭代算法進行預(yù)處理算法的相關(guān)改進并進行算例驗證，以得到能夠進行降落傘全速域流固耦合流場計算的通用CFD求解器。
　　其次研究結(jié)構(gòu)非線性有限元理論，開發(fā)降落傘膜索動力學(xué)數(shù)值計算程序。采用褶皺判斷和處理算法修正結(jié)構(gòu)中皺褶區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變，減小織物材料出現(xiàn)壓縮應(yīng)力的非物理解區(qū)域。針對降落

3、傘在由折疊到打開的過程中經(jīng)常出現(xiàn)的碰撞摩擦現(xiàn)象，設(shè)計高效的碰撞搜索算法并使用罰函數(shù)方法建立碰撞非線性有限元控制方程以進行織物繩索結(jié)構(gòu)的非線性大變形碰撞模擬。通過膜索結(jié)構(gòu)大變形算例驗證結(jié)構(gòu)程序和褶皺算法的準(zhǔn)確性，通過單傘、集束式降落傘充氣碰撞的計算模擬驗證碰撞非線性有限元算法的有效性。
　　最后針對降落傘大變形過程的無規(guī)律性和復(fù)雜性，采用魯棒性較高的擬固體線彈性動網(wǎng)格計算方法處理流固耦合模擬過程中的網(wǎng)格自動更新問題。針對本文發(fā)展的降