【摘要】：隨著航天事業(yè)的發(fā)展,我國在天氣良好狀況下的載人飛船返回艙回收技術(shù)已經(jīng)十分成熟。由于還無法全面評估不良天氣對航天活動造成的威脅,到目前為止載人返回活動在遇到不良天氣時往往會推遲或取消。本文以掌握不良天氣條件對回收著陸系統(tǒng)的性能影響、實現(xiàn)我國載人返回艙的全天候回收為應(yīng)用背景,開展了降雨條件下的傘衣面雨滴分布規(guī)律以及降落傘穩(wěn)降階段的流固耦合效應(yīng)研究。主要研究內(nèi)容如下:研究了降雨環(huán)境數(shù)值建模問題。將空氣看作連續(xù)相,雨滴作為離散相,利用包含離散相的Euler-Lagrange兩相流理論建立了空氣與雨滴粒子之間的聯(lián)系。在離散相模型中,假設(shè)雨滴均為球形顆粒,包含降雨環(huán)境中的降雨強度、雨滴譜分布、雨滴末速度等關(guān)鍵參數(shù),通過改變球形粒子直徑、發(fā)射面的雨滴粒子數(shù)目、粒子相對氣流的發(fā)射速度和質(zhì)量流率這些參數(shù)實現(xiàn)對多種工況中不同降雨環(huán)境的模擬。研究了暴雨環(huán)境下半球形降落傘傘衣面上的雨滴粒子分布規(guī)律�；趥阋旅嫔鲜欠裥纬伤さ牟煌僭O(shè),開展了多種工況下的傘衣面上雨滴粒子分布數(shù)值仿真工作。假設(shè)雨滴粒子不會在傘衣面上形成水膜時,雨滴粒子到達傘衣面上即被傘衣面捕獲,并終止雨滴粒子軌跡的仿真計算。假設(shè)雨滴粒子會在傘衣面上形成水膜時,加入Lagrangian液膜模型,并考慮雨滴粒子與傘衣面碰撞之后的粒子濺射、液膜受氣流作用發(fā)生移動等物理現(xiàn)象。研究了小雨環(huán)境下環(huán)帆型降落傘傘衣面上的雨滴粒子分布特征。根據(jù)“神舟”飛船主降落傘的幾何結(jié)構(gòu)和返回艙主著陸區(qū)的常年降雨特征,從降雨環(huán)境中傘衣面上形成水膜和沒有形成水膜兩個方面,開展了小雨環(huán)境下環(huán)帆傘傘衣面上雨滴粒子分布特征的研究,分析了環(huán)帆型降落傘與半球形降落傘由于在結(jié)構(gòu)上的不同造成的傘衣面上雨滴粒子分布特征差異。研究了環(huán)帆型降落傘在穩(wěn)降階段的流固耦合效應(yīng)。在MpCCI(Mesh-based parallel Code Coupling Interface)鮮有應(yīng)用于降落傘流固耦合研究的背景下,本文把MpCCI作為數(shù)據(jù)傳遞平臺,結(jié)合非線性有限元分析軟件Abaqus和計算流體力學(xué)軟件Fluent對環(huán)帆型降落傘的流固耦合效應(yīng)進行了仿真。主要模擬了環(huán)帆傘在降落過程中出現(xiàn)的“呼吸運動”現(xiàn)象,分析了環(huán)帆傘“呼吸運動”的周期性變化規(guī)律,并從環(huán)帆傘流場中的壓力場、速度場分布和傘衣結(jié)構(gòu)變形兩個方面研究了降落傘“呼吸運動”過程。仿真過程中,通過自編程序彌補了MpCCI平臺本身存在的一些缺陷。對環(huán)帆傘穩(wěn)降階段流固耦合效應(yīng)的研究,驗證了MpCCI應(yīng)用于降落傘流固耦合研究領(lǐng)域中的可行性。總之,本文首先利用所建立的降雨數(shù)值仿真環(huán)境,對暴雨環(huán)境下半球形降落傘和小雨環(huán)境下環(huán)帆型降落傘傘衣面上的雨滴分布特征進行了數(shù)值仿真研究。然后,利用MpCCI平臺研究了環(huán)帆型降落傘在穩(wěn)降階段的流固耦合現(xiàn)象。所做工作為將來進一步開展同時考慮流固耦合效應(yīng)和降雨環(huán)境影響的降落傘性能研究提供一定的參考。
【學(xué)位授予單位】：國防科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O353.4

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本文編號：2752504