锥形降落伞开伞过程流动结构相互作用的数值模拟
降落伞系统动力学建模与综合仿真
降落伞系统动力学建模与综合仿真降落伞系统动力学建模与综合仿真降落伞系统是空中投送和空降技术的重要组成部分，它具有动力学非线性、时变、复杂多变等特点。
对降落伞系统进行动力学建模和仿真研究能够更好地理解系统的运动行为，为系统设计和优化提供参考。
一、降落伞系统的动力学建模降落伞系统的动力学建模主要包括运动学模型建立和动力学模型建立两个部分。
1. 运动学模型建立降落伞系统的运动学模型建立是区分伞体运动和伞倾角运动两个方面的问题。
伞体运动受外界气流、对流层压力和降落伞伞体物理特性等多种因素影响，而伞倾角运动则受到空气动力学的影响。
运用牛顿第二定律，可以得到伞体的运动方程、伞倾角的运动方程。
同时，运动方程中的阻力和重力都是和伞体速度、伞体的物理特性、外界环境等有关的函数。
2. 动力学模型建立降落伞系统的动力学模型建立主要是为了确定低振动降落伞系统的稳定性和鲁棒性方面的指标。
动力学模型包括系统状态方程和控制方程。
系统状态方程描述了伞体的空气动力学特征、伞体的物理特性和与环境的相互作用等动态特性；控制方程则是针对特定应用环境下的降落伞系统，设计控制算法以达到控制目标。
二、降落伞系统的综合仿真基于降落伞系统动力学建模，进行综合仿真研究能够更加全面地了解降落伞系统的运动行为和性能指标，帮助系统设计人员进行系统设计和优化。
在综合仿真中，需要考虑伞体的下俯角、速度、高度等状态量，同时还要考虑环境因素、系统控制因素等各方面因素。
通过设定初始状态、模拟系统的运动过程，综合仿真得到的结果可以检验动力学建模的准确性、对系统性能指标进行评估，并进行对比分析，以便进行深入的探究和优化。
综合仿真技术的广泛应用使得降落伞系统的设计和优化过程更加高效、可靠，使得其在多种特定环境下能够稳定安全地工作。
总之，降落伞系统动力学建模和综合仿真的研究，不仅有助于深入探究系统的动力学问题，还对系统优化和改进有一定的参考价值，是未来降落伞产品研发中的重要组成部分。
降落伞稳定下降阶段流场的数值模拟
李晓莠等：降落伞稳定下降阶段流场的数值模拟７圈３降落伞计算网格图参数设置如下：１）选用理想气体模型，气体参数与在气动手册查得的数据保持一致；２）在降落伞表磋上应用无滑移酌围壁边界条件；远场采用压力远场条件；对称面采用对称边界条件。
３．３计算结果３．３。
ｌ流场特性本算例给出了对称面速度矢擞图、对称面等静压线和对称面流线。
其中，速度矢量图与参考文献［１］保持一致。
（１）对称面速度矢量图（见图４和图５）：（２）对称霞等静匿线（觅爨６穰图７）：（３）对称面的流线（见图８和图９）：图４８０２７伞对称丽速度矢量图躐８∞船伞对称面流线匿８李晓勇等：降落伞稳定下降阶段流场的数镳模耘蹦９Ｃ一９伞对称疆流线图３．３．２阻力特性计算结果见裘ｌ。
表１阻力特性表底郝巍稳定速度硅绞阻力表露积隰力编号径／ｍ／（瑚｜／ｓ）／ｍ／Ｎ，蔷系数蚴Ｏ。
７３５ｌＯ．４Ｏ。
１５８４５．７３１．０６Ｏ．６５＠４．２６５．８Ｏ．４２６７２２．７２Ｓ５Ｏ．６；８３．４计算结果分析下面对鞠翦伞进行详细分折：３．４．１速度矢量图分析图ｌＯ８０２７伞对称丽速度矢量图图ｌＯ给出了８。
２７伞对称面速度矢量图右半边放大图，从其中可以明显看到速度方向和速度大小的变化。
由此可以得渤降落伞上方将产生大的分离涡。
３．４．２流线图分析麸图ｌｌ孛我们秘显鳇器凄在降落伞上方产生了三组涡，这与图ｌｏ反映的现象保持一致。
这３组涡产生的诱导速度改变了流场的簇力分布，导致降落伞上表面压力减小。
这样导致了阻力的增加，是符合降落伞流场规律的。
３。
４。
３阻力分析图ｌｌ８０２７伞对称面流线图我们通过阻力系数的计算，作为稳定伞的８０荔伞为Ｏ．６５，而Ｃ一９伞的阻力系数是Ｏ．６８。
其基本上与实验数据棚吻合。
总之，根据速度矢量图翻流线图，我们可以看出降落伞流场基本特性。
从对称面上的速度矢辍图。
我们可以很骥显的看懑降落伞上方漉场有漩涡产生，流场的基本特性与实验和国外文献［２］相同。
主要的阻力诗算缩果表明，结果合理，镌够与工程计算结果相吻合。
超声速降落伞系统的气动干扰数值模拟研究
超声速降落伞系统的气动干扰数值模拟研究超声速降落伞系统的气动干扰数值模拟研究随着航天技术的不断发展，超声速降落伞系统的应用越来越广泛。
但是，由于其特殊的工作环境，超声速降落伞系统在高速下降过程中会遭受气动干扰，这会影响其稳定性和精度。
因此，在设计和研发过程中，需要进行精细的数值模拟，以评估气动干扰对系统的影响。
本文旨在对超声速降落伞系统的气动干扰数值模拟进行研究，并提出相应的解决方案。
超声速降落伞系统的工作原理是利用气动阻力使其减速下降，通过控制降落伞的展开和撤销，实现对着陆点的精确定位。
在高速下降的过程中，空气流动会对降落伞产生较大的阻力，同时也会引起复杂的气动干扰。
在进行数值模拟前，首先需要建立准确的数学模型。
我们根据超声速降落伞系统的实际情况，建立了三维的流动场模型，并进行了热力学计算和动量平衡分析，得出了气动力学方程组。
同时，还考虑了非定常性和湍流对流动的影响，采用了基于雷诺平均Navier-Stokes方程的计算方法进行数值模拟。
通过数值模拟，我们发现超声速降落伞系统的气动干扰主要包括三个方面：一是降落伞表面的湍流流动，二是空气强制振动引起的压力波干扰，三是降落伞下方气流的拉扯干扰。
针对这些干扰，我们提出了相应的解决方案。
为减小降落伞表面的湍流流动干扰，我们增加了降落伞的抗扰性能。
采用了为降落伞增加合理的骨架结构和改善材料质量等措施，降低了状况下的抖动程度。
针对空气强制振动引起的压力波干扰，我们提高了气动声学计算的精度，通过优化降落伞形状和增加吸声材料的方法，减小了干扰对着陆精度的影响。
对于降落伞下方气流的拉扯干扰，我们采取了相应的流量稳定措施。
通过增加降落伞下部的气动补偿区域，使气流在该处流动稳定，减少了拉扯干扰。
综上所述，本文对超声速降落伞系统的气动干扰数值模拟进行了研究，并提出了相应的解决方案。
这些方案可以有效减小气动干扰对着陆精度的影响，提高超声速降落伞系统的稳定性和可靠性。
除了在设计和研发过程中对超声速降落伞系统进行气动干扰数值模拟，还需要在实际应用中进行试验验证。
降落伞工作过程数值模拟研究综述
降落伞工作过程数值模拟研究综述
简相辉;金哲岩
【期刊名称】《航空科学技术》
【年(卷),期】2016(027)010
【摘要】回顾了降落伞研究方法从实验方法、半经验半理论方法到仿真模拟方法的发展历程，显示了数值模拟方法在降落伞研究方面的巨大前景。
同时总结了伞衣流场数值模拟、伞衣结构数值模拟、流场和结构耦合的数值模拟的最新进展，通过研究发现，降落伞流固耦合数值模拟研究的主要方法是任意拉格朗日欧拉方法（ALE）、变空间域/稳定时间-空间（DSD/SST）方法和浸没边界法（IBM），这些方法代表了降落伞流固耦合技术研究的最新水平。
【总页数】7页(P1-7)
【作者】简相辉;金哲岩
【作者单位】同济大学航空航天与力学学院，上海 200092;同济大学航空航天与力学学院，上海 200092
【正文语种】中文
【中图分类】V244.21+6
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1.基于有限元网格重构的降落伞工作过程数值研究 [J], 孙鹏;陈晨;程涵
2.基于IB-LBFS和绝对节点坐标法的降落伞柔性结构流固耦合数值模拟 [J], 刘钒; 舒昌; 刘刚
3.基于IB-LBFS和绝对节点坐标法的降落伞柔性结构流固耦合数值模拟 [J], 刘钒; 舒昌; 刘刚
4.基于Vega的降落伞工作过程仿真可视化方法研究 [J], 郑平泰;杨涛;张晓今;程文科;秦子增
5.超声速透气降落伞系统的气动干扰数值模拟研究 [J], 贾贺;姜璐璐;薛晓鹏;荣伟;王奇
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降伞充气过程的数值模拟
降伞充气过程的数值模拟
余莉;史献林;明晓
【期刊名称】《航空学报》
【年(卷),期】2007(028)001
【摘要】基于降落伞的重要应用与设计的实际需要,降落伞的数值模拟开始得到越来越多的重视,而充气过程是其中最为复杂的一个阶段.本文建立了平面圆形伞主充气过程中的CFD(Computational Fluid Dynamics)与结构动力学的MSD(Mass Spring Damper)之间的耦合模型.流场求解采用稳定性较高的标准k-ε模型,在多块贴体坐标下,获得某时间节点处的流场,并将该流场中的压力数据引入MSD模型,以获得下一时间节点的伞衣形状,最终获得主充气过程中伞衣形状和流场之间的动态关系.数值计算结果和实验结果及经验值比较,均有较好的一致性.充气过程的数值求解有助于提高对降落伞充气过程机理的理解.
【总页数】6页(P52-57)
【作者】余莉;史献林;明晓
【作者单位】南京航空航天大学,航空宇航学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,航空宇航学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,航空宇航学院,江苏,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】V244.2;V445
【相关文献】
1.无限质量降落伞充气动力学数值模拟 [J], 高兴龙;张青斌;高庆玉;唐乾刚
2.有限质量降落伞充气动力学数值模拟 [J], 高兴龙;张青斌;高庆玉;唐乾刚;杨涛
3.牵顶伞对主伞充气过程的影响 [J], 张红英;秦富德;刘卫华;童明波
4.冲压翼伞充气过程的数值模拟 [J], 田似营; 常浩; 凌蕾; 杨周
5.十字型阻力伞充气过程的数值模拟 [J], 连红博;喻东明;周昊;赵颖涛
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基于SPH方法的降落伞展开过程数值研究
关键词 ： 降落伞 ； 数值模拟 ； 流 固耦合 ； 有限元
中 图分 类 号 ： Ｖ ２ ４ ４ ． ２ １ 文献 标 识 码 ： Ｂ
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ Ｐ ａ ｒ ａ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ Ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ
Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ＰＨ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
第３ ４ 卷 第 ８ 期
文章 编号 ： １ ０ ０ ６— ９ ３ ４ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ８— ０ ０ ８ ９— ０ ６
计
算
机
仿
Байду номын сангаас
真
２ ０ １ ７ 年Ｏ ８ 月
基于 Ｓ Ｐ Ｈ 方 法 的 降落 伞 展 开 过 程 数 值 研 究
孙 鹏， 陈 晨， 李凤 鸣 ， 程 涵
（ 中 国 民航 飞 行 学 院 ， 四川 广汉 ６ １ ８ ３ ０ ７ ）
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｉ ｒ ｃ ｌ ａ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｐ ａ ｒ ａ ｃ ｈ ｕ ｔ ｅ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｍｅ ｓ ｈ ｃ ｏ ｓ ｔ ｓ ａ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ａ — ｍｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｕ ｍｉ ｎ ｇ ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｓ ｈ ｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ， ａ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｐ ｏｐ ｒ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ・
锥形降落伞开伞过程流动结构相互作用的数值模拟
在钝物体绕流的实验中 ,无开孔的凹半球壳 的绕流中会随机的产生横向涡 ,使流场变得很不 对称. 同时球壳边缘会产生周期性或非周期性的 脱落涡 ,对半球壳本身造成很大的侧向力和摆动. 文献[ 122 ] 的实验对比中可以看出 ,对于开孔球 壳 ,适当的开孔和足够的开孔度可以降低这种横 向涡的尺度甚至避免这种不对称涡的产生. 降落 伞的顶孔可以明显增加降落伞的稳定性 ,大大减 弱流场的非定常效应[3] . 因此在进行流固耦合时 , 近似的认为降落伞的流场是一个准定常的流动现 象 ,即耦合的每一步计算时 ,都看作是定常流场进 行计算.
Abstract : According to a multi2node model , t his paper has co nst ructed dynamics equa2 tio ns of co nical parachute system to simulate disto rtio n p rocess of t he flexible canop y in t he opening p rocess. By co mbinatio n of dynamics equatio ns code and co mp utatio nal fluid dynam2 ics (CFD) sof t ware , t he fluid2st ruct ure interactio n st udy of t he parachute was carried o ut , and t he change of it s shape and flow flied , inflatio n time , t he rate of decline , t he distant of decline , and ot her relevant data were achieved in agreement wit h foreign research result s.
有限质量降落伞充气动力学数值模拟
有限质量降落伞充气动力学数值模拟高兴龙;张青斌;高庆玉;唐乾刚;杨涛【摘要】为研究空投任务中降落伞有限质量充气过程的动力学行为，基于罚函数耦合方法和网格自适应技术分析了降落伞柔性结构与周围不可压缩流场的流固耦合特性。
数值模拟开伞过程伞衣三维外形变化，获得降落伞系统下落速度、阻力面积等参数；对比分析初始投放速度对降落伞开伞时间、伞衣阻力面积的影响；通过试验数据对比分析开伞力变化。
计算结果表明，该方法可以有效模拟降落伞系统有限质量充气过程的动力学特性，仿真结果与试验结果相符。
%In order to study the finite mass inflation dynamic behavior of parachute at an airdrop mission,the penalty coupling algorithm and the adaptive mesh technology were used to analyze the fluid-structure interaction characteristics between the flexible parachute structure and the surrounding incompressible flow field.The three dimensional dynamic opening profiles of parachute were numerically simulated and some parameters of parachute system like dropping velocities and drag coefficients were obtained;the influences of initial dropping velocity on filling time and drag area were compared;the trajectory was validated by the experimental data from airdrop tests.The computation results show that this method can efficiently simulate the dynamic characteristics of finite mass inflation in parachute system.The simulation results coincide with the test results.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2016(038)004【总页数】6页(P185-190)【关键词】降落伞;流固耦合;有限质量充气;ALE 动网格【作者】高兴龙;张青斌;高庆玉;唐乾刚;杨涛【作者单位】国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙 410073; 中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所，四川绵阳 621000;国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙 410073;国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙 410073;国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙 410073;国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TP316降落伞部件主要为柔性多体结构，其充气过程涉及流体结构相互作用下的大变形问题，通常可借助风洞及地面空投等试验手段进行研究，同时也可结合经验公式及数值仿真的方法模拟预测降落伞开伞过程。
十字形降落伞不同高度下抛撒的数值模拟
十字形降落伞不同高度下抛撒的数值模拟
李佳;房玉军;程秀忠;徐学强
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2012(032)006
【摘要】为了研究十字形降落伞-子弹药系统的气动特性,对降落伞-模拟子弹药系统进行了数值模拟.分别建立降落伞及模拟子弹药的流体力学数值模型,结合动力学方程,给定初始速度,采用变时间步长,设置速度每变化一定值为一个求解点,得到伞衣打开时间以及伞-弹系统从不同高度抛撒后的稳定落速、阻力特征和所经历的时间等.结果表明,十字形降落伞-模拟子弹药系统在不同高度下抛撒达到稳定落速时的阻力特征及所经历的时间基本相同.
【总页数】4页(P55-57,60)
【作者】李佳;房玉军;程秀忠;徐学强
【作者单位】中国南方工业研究院,北京 100089;中国南方工业研究院,北京100089;中国南方工业研究院,北京 100089;中国南方工业研究院,北京 100089【正文语种】中文
【中图分类】TJ013.2
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1.不同界面约束对爆炸作用下液体抛撒影响分析 [J], 吴德义
2.爆炸冲击波作用下液体抛撒不同阶段运动规律分析 [J], 吴德义
3.距地面不同高度下复杂地形对风速影响的数值模拟研究 [J], 张晓磊;赵明;何屏;
梁俊宇;段宏;孙溧;宋美微
4.不同加载角下十字形柱的承载力与延性分析 [J], 柯江
5.不同飞行高度下超声速来流/射流及其相互作用的数值模拟 [J], 邓放;韩桂来;刘美宽;丁珏;翁培奋;姜宗林
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冲压翼伞充气过程的数值模拟
冲压翼伞充气过程的数值模拟田似营; 常浩; 凌蕾; 杨周【期刊名称】《《航空科学技术》》【年(卷),期】2019(030)008【总页数】7页(P28-34)【关键词】冲压翼伞; MSD模型; 松耦合; 充气过程; 数值模拟【作者】田似营; 常浩; 凌蕾; 杨周【作者单位】海鹰航空通用装备有限责任公司北京 100074【正文语种】中文【中图分类】V244.21+6降落伞作为一种空中安全救生和稳定减速装置，以其特有的重量（质量）轻、体积小、减速效果好等特点，在航空航天、兵器、体育运动以及救灾等方面得到了广泛的应用[1]。
与传统降落伞相比，冲压翼伞克服了普通降落伞低滑翔比、不可控制两大缺点，并具有可操控性、高滑翔比、高可靠性、低成本等优点，近几年来逐步广泛应用于多个领域。
因降落伞开伞过程涉及复杂的流固耦合问题，相关研究一直是一个难题。
降落伞的开伞过程主要分为拉直、充气和稳定下降三个阶段，充气阶段是最复杂的阶段。
目前对于降落伞充气阶段的研究大体分为三类：完全试验法、半试验半理论法及完全理论法。
完全试验法是通过多次试验分析降落伞充气过程的规律；半试验半理论法通过试验与理论相结合，理论计算中的相关数据需要由试验得到；完全理论法则是不依赖试验直接研究充气过程。
对于降落伞充气过程的数值模拟，按照流场模拟计算和伞衣结构模拟计算耦合方式的不同可分为紧耦合和松耦合。
紧耦合是每个时间步均将流场方程和结构方程联立求解，因方程特性不同，造成计算速度很慢，导致计算资源浪费。
松耦合是将上个时间步的流场计算结果传递至结构方程，并进行下个时间步的计算，再将结构计算结果传至流场方程进行下个时间步计算，可大大提高计算速度。
目前常用的数值模拟方法有基于质点-弹簧-阻尼模型（MSD 模型，也叫多节点模型）的耦合模拟、基于变空间域/稳定时间-空间（DSD/SST）格式的耦合模拟、基于任意拉格朗日-欧拉（ALE）格式的耦合模拟和基于浸没边界法的耦合模拟[2，3]。
降落伞开伞过程的试验研究
降落伞开伞过程的试验研究
余莉;明晓;胡斌
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2006(038)002
【摘要】探讨了降落伞充气过程中开伞动载的产生原理及其影响因素,提出了在风洞中模拟真实开伞动载的可行性.在此基础上,对小型平面圆形伞的开伞过程进行了试验,研究了开伞过程中伞衣形状和伞衣所受载荷之间的关系.试验表明:开伞载荷受降落伞阻力和附加质量变化率产生的力影响最大;在开伞过程中伞衣会发生"呼吸"现象,伞衣所受最大载荷出现在伞衣第一次完全充满时.同时,变速风洞的伞衣载荷研究表明,变速风洞可较好地模拟实际开伞情况.
【总页数】5页(P176-180)
【作者】余莉;明晓;胡斌
【作者单位】南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016;南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016;航宇救生装备有限公司制造二部,襄樊,441003
【正文语种】中文
【中图分类】V244.2;V445
【相关文献】
1.降落伞开伞高度对开伞动载影响分析 [J], 龚文轩
2.降落伞开伞过程正交试验研究 [J], 郭鹏;王立武;秦子增;陶午沙
3.大型降落伞开伞过程中的"抽鞭"现象 [J], 宋旭民;范丽;秦子增
4.有限质量情况下降落伞开伞过程数值仿真研究 [J], 程涵;余莉;杨雪松;王璐
5.降落伞开伞过程的多结点模型仿真 [J], 潘星;曹义华
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基于ALE的降落伞充气过程数值仿真
Ｋｅ ｒ ｓ ｅ ｏ ｙ ａ ｉ ｄ ｃ ｌｒ ｔｒ ｐ ｎ ｎ ｒ ｃ ｓ ； ｒ ｉｒｒ ｇ ａ ｇ ｌｒｍｅｈ ｄ （ ｙ ｗｏ ｄ ：ａ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃ ｅ ｅｅ ａｏ ；ｏ ｅ ｉｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ａ ｂｔａ ｙＬａ ｒ ｎ ｅＥｕｅ ｔ ｏ ＡＬＥＭ ） ｎ ｉ ；ｉｆ —
ｎｔ ａ ｓ ｉｅ ｍ ｓ
降落 伞 以重 量 轻 、 减速 效 果好 等 特点 在 航 空 、 航 天 以及兵 器等 领域有着 广泛 的应 用 。 国 内降落 而
伞设计 主要 基 于经验 和半 经 验公式 ， 需要 通过 大量
的实 物试 验来验 证 ， 是这 种方式 不仅耗 费 大量人 但
第 ４ 卷第 ３ ４ 期
２１ ０ ２年 ６月
南 京 航 空 航 天 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＮａ ｊ ｇＵ ｎｉ ｒ ｉｙ ｏ ｒ ｎａ ｔｃ Ｌ ｔｏ ａ ｔ ｓ ｏ ｒ ａ ｎｉ ｖｅ ｓ ｔ ｆ Ａｅ ｏ ｕ ｉｓ ８ ｒ ｎ ｕ ｉ ｏ ｎ Ａｓ ｃ
耦合 点 距离 ｄ计 算 界 面力 Ｆ （ 一是・ ， 中 ｋ为 ｄ其
维 降落伞 开伞 过程 ， 与试 验 结果 进 行 了对 比， 并
获 得 了成功 ；０ ９年 ， ｅｋｎ等人 采用 浸 入边 界法 ２０ Ｐ ｓｉ （ｍｍｅｓｄ ｂ ｕ ｄ ｒ ｔｏ ，Ｉ Ｍ ） 算 了 三维 Ｉ ｒｅ ｏ ｎ ａｙ ｍｅｈ ｄ Ｂ 计 模 型 伞 开 伞 情况 ， 无 法 获 得 伞 衣 应 力 应 变 等 情 但 况 ；０ ２年 ， ａ ｉ ｗａ等人用 稳 定空 域流 固耦 合 ２１ Ｔ ｋｚ ａ 法计 算 了降落 伞稳 降时 的结构 和 流场情 况 ， 但没 有
度 为 ４ ２ｋ ｍ～， 衣 弹性 模 量为 ４ ３ ０ Ｐ ， ６ ｇ・ 伞 ． ×１ ａ
基于ALE的降落伞充气过程数值仿真
基于ALE的降落伞充气过程数值仿真程涵;余莉;李胜全【摘要】The parachute opening process in low-speed airflow is simulated based on ALE method. The numerical results of the structural stress, the velocity vector, the pressure contour of flow field, the diameter change of canopy and so on are obtained. Compared with the test, the opening processes are the same, and the phenomenas of top sink and canopy shake are observed. Finally, the mechanical mechanism explanation of canopy shake and the huge noise caused by canopy flapping in tests, and the prediction of dangerous section during opening are given by the analysis based on numerical results.%采用任意拉格朗日-欧拉法(Arbitrary Lagrange Euler method,ALEM)流目耦合方法模拟某模型伞在低速气流作用下充气展开过程.计算获得了充气过程中伞表应力、流场速度矢量、压力以及伞衣半径变化等结果.与试验对比,开伞过程相同,同样出现了伞衣项部塌陷、抖动等现象.通过对数值结果的分析解释了伞衣抖动以及风洞试验中伞底拍动产生巨大噪声的原因,同时预测开伞过程中的危险截面.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2012(044)003【总页数】4页(P290-293)【关键词】气动减速器;开伞过程;任意拉格朗日-欧拉法;无限质量【作者】程涵;余莉;李胜全【作者单位】南京航空航天大学航空宇航学院南京 210016;南京航空航天大学航空宇航学院南京 210016;中国航空研究院609所南京 211102【正文语种】中文【中图分类】V244.21降落伞以重量轻、减速效果好等特点在航空、航天以及兵器等领域有着广泛的应用。
降落伞充满稳定阶段流场数值模拟
降落伞充满稳定阶段流场数值模拟
刘巍;寇保华;葛健全;杨涛;张晓今;张青斌
【期刊名称】《中国空间科学技术》
【年(卷),期】2007(027)001
【摘要】降落伞系统具有非常复杂的动力学特性,为了较精确的计算降落伞气动力,深入研究其流场特性,采用计算流体动力学方法,对某试验用降落伞充满稳定阶段流场进行数值模拟,计算结果与试验数据吻合较好,表明该数值模型可靠,具有较高精度.【总页数】4页(P61-64)
【作者】刘巍;寇保华;葛健全;杨涛;张晓今;张青斌
【作者单位】国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073;国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073;国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073;国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073;国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073;国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073
【正文语种】中文
【中图分类】V2
【相关文献】
1.降落伞稳降阶段的SPH方法数值模拟 [J], 姚向茹;余莉;吴琼
2.轴对称降落伞稳定下降阶段的流场特性 [J], 蒋崇文;曹义华;苏文翰
3.降落伞稳定下降阶段流场的数值模拟 [J], 李晓勇;曹义华;蒋崇文;王健
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5.不同转子构型的部分充满密炼机胶料流场数值模拟 [J], 宋建欣;杨海波;郝英哲;苏江;张立群
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降落伞初始充气阶段数值模拟
第41卷第2期2009年4月 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报Jou rnal of N an jing U n iversity of A eronau tics &A stronau ticsV o l .41N o.2 A p r .2009降落伞初始充气阶段数值模拟张红英 刘卫华 童明波 孙为民(南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016)摘要:根据降落伞的结构和其在充气过程中的受力特性,以某平面圆形伞为原型,建立了伞衣初始充气过程中的计算流体力学与结构动力学的耦合模型。
首次考虑了充气过程中折叠伞衣的张开问题,建立了更接近降落伞物理模型的初始充气阶段伞衣质点结构和受力方程。
对流场的变化采用了准定常假设,利用si m p le 算法数值模拟求解RN G k 2Ε湍流模型下的雷诺平均N 2S 方程以获得每一状态伞衣张开部分与折叠部分交界处质点的压差系数。
把数值计算结果和试验结果及经验值比较,得到如下结论:(1)初始充气阶段伞衣外形变化为:整个阶段,伞衣展开部分外形基本保持较光滑的直筒形状,而非喇叭形。
与试验结果相比,计算结果较真实地反映了初始充气阶段伞衣外形的变化情况。
(2)当无因次充气时间为0127左右时,初始充气阶段结束,伞衣投影面积随充气时间呈线性变化,计算值与实验值接近。
关键词:降落伞;初始充气;流固耦合;数值模拟中图分类号:V 24412;V 445 文献标识码:A 文章编号:100522615(2009)022******* 基金项目:国家自然科学基金(10872092)资助项目;航空科学联合基金(2008ZC 52037)资助项目;教育部博士点新教师基金(200802871063)资助项目。
收稿日期:2008205209;修订日期:2008212217 作者简介:张红英,女,博士研究生,讲师,1977年4月生,E 2m ail :zhanghy @nuaa .edu .cn 。
降落伞-旋转弹系统落速及转速数值模拟
图６光测系统位置示意图
Ｒｇ．６ Ｓｋｅｒ曲ｄ抽ｇＩ蜘ｏｆ ｏｐｔｉｃｄ ｍｅ勰ｕＩ吼姗￡挪。哪
图５弹表面及尾翼附近网格 Ｆｉｇ．５ Ｍ皓ｈ器ｎ咖’ｔｈｅ ６盥柚ｄｔｈｅ Ｈｌ响傀ｏｆｐⅢｊｅ亡ｔｉＩｅ
气为不可压．不求解能量方程．物性参数取常值。采 用绝对速度与压力作为基本变量．分离式迭代求解 方程组，速度一压力耦合采用ｓＩＭＰＬＥＣ算法，动量 方程对流项采用二阶迎风格式差分。
收稿日期：２００６一０４—１８
万方数据
第１１期
降落伞一旋转弹系统落建及转速数值模拟
等方面，结合降落伞的文献并不多见。 本文研究对象为某试验用降落伞一旋转弹系
统。由于降落伞一旋转弹系统的动力学特性相当复 杂，为抓住主要矛盾，简化计算，作出如下常用假设： １）伞形为固定的半球形，不考虑伞绳、附加空气质 量、织物弹性及透气性的影响；２）不计降落伞、伞绳 及旋转弹流场相互干扰，对降落伞及旋转弹流场分 别进行数值模拟；３）伞绳与旋转弹尾部球铰连接处 的摩擦可忽略；４）不考虑水平随机风的影响；５）降落 伞一旋转弹系统初始扰动为零。
采用准定常假设，在当前时间步对应的落速及
图１ 降落伞一旋转弹系统动力学求解过程流程囤 Ｆ｜９１ ＦＩｏｗ ｃｈａｎ ｏｆｄ谛ｌｇｔｈｅ ｄｙ舶删∞ｏｆ ｐ啪ｃｈｕｔ｝ｐ叫比ｂｋ ｇｙｓｔｅｍ
转速下求降落伞及旋转弹气动力定常解。网格划分 软件采用ＧＡＭＢＩＴ２．０，求解器采用ＦＬｕ． ＥＮＴ６．１．２２．物性参数及湍流模型参数采用默认 值。 ２．１物理模型及网格
初始条件为：口ｏ＝０ｍ／ｓ、ｗｏ＝０ ｒ／ｓ、Ｈｏ等于投 放高度，相对于地面大于８００ ｍ．采用自制三线摆测 得弹轴线方向转动惯量Ｊ＝０．０３１ ５ ｋｇ·ｍ２．计算流 程如图ｌ所示。
十字形伞开伞充气过程数值仿真研究
航天返回与遥感第44卷第3期32SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING2023年6月十字形伞开伞充气过程数值仿真研究谢淮刘宇王臻昌飞（北京空间机电研究所，北京100094）摘要十字形降落伞是航空航天减速领域常用的伞型，开伞充气过程是其工作过程中较为复杂的一个阶段。
为了研究十字形伞开伞充气过程中的动力学特性，文章基于任意拉格朗日-欧拉方法对十字形伞开伞过程进行流固耦合仿真计算，并将计算结果与风洞试验结果进行对比。
对比发现：仿真计算得到的十字形伞稳态外形与试验结果一致，且仿真获得的降落伞气动载荷历程曲线与试验结果基本相符，载荷呈现出随着开伞过程逐渐增大，在开伞结束达到最大值后略有降低并逐渐稳定的趋势。
仿真结果还表明，在十字形伞开伞过程中，伞衣的最大应力点位于伞臂的中心区域，充气顺序的先后会影响伞臂的应力分布，降落伞稳定后伞衣应力呈对称分布。
文章采用的仿真方法能较好地模拟十字形伞开伞充气的动力学过程，得到的伞衣应力分布特点及影响因素可为十字形伞的设计与优化提供参考。
关键词十字形降落伞计算流固耦合动力学开伞充气中图分类号: V445文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)03-0032-09DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.03.004Numerical Simulation Study of Cruciform ParachuteDeployment and Inflation ProcessXIE Huai LIU Yu WANG Zhen CHANG Fei（Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）Abstract The cruciform parachute is a commonly used parachute design in the field of aerospace deceleration，and the deployment and inflation stage is a complex stage of its operation. In order to study the dynamics characteristics of cruciform parachute deployment and inflation process, this paper employs the arbitrary Lagrangian-Eulerian method to carry out the fluid-structure interaction simulation calculations on the deployment process of a cruciform parachute. The computed results are compared with wind tunnel test results. The comparison shows that the simulated steady-state shape of the parachute is consistent with the experimental results, and the simulated aerodynamic load history curve of the parachute is largely in agreement with the test results. The load exhibits a gradual increase during the deployment process, reaching its maximum value after the completion of the deployment, followed by a slight decrease and gradual stabilization. The simulation results also show that, during the cruciform parachute deployment process, the maximum stress point of the canopy is located in the central region of the canopy arms, and the inflation sequence affects the stress distribution along the arms. After the parachute stabilizes, the canopy stress exhibits a symmetrical distribution.收稿日期：2023-01-06基金项目：工业和信息化部重点实验室开放基金（KLAECLS-E-202004）引用格式：谢淮, 刘宇, 王臻, 等. 十字形伞开伞充气过程数值仿真研究[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(3): 32-40.XIE Huai, LIU Yu, WANG Zhen, et al. Numerical Simulation Study of Cruciform Parachute Deployment and第3期 谢淮 等: 十字形伞开伞充气过程数值仿真研究 33The simulation method employed in this study effectively simulates the dynamic process of cruciform parachute deployment and inflation, and the characteristics of canopy stress distribution and influencing factors can provide valuable insights for the design and optimization of cruciform parachutes.Keywords cruciform parachute; fluid-structure interaction (FSI); deployment; inflation0 引言降落伞是目前航空航天领域应用最广泛的减速手段[1-2]，根据伞衣结构形式的不同，可以分为平面圆形伞、方形伞、带条伞、环帆伞以及十字形降落伞等。
降落伞稳降阶段的SPH方法数值模拟
降落伞稳降阶段的SPH方法数值模拟姚向茹;余莉;吴琼【摘要】With the rise of computer technology and numerical simulation, it is possible to describe accu-rately the dynamic chatacteristics of parachute. In order to eliminate the influence of negative volume due to large mesh deformation in the traditional parachute simulation, this article uses Smoothed Particle Hydrodynam-ics (SPH) method. The steady-state descent phase of parachute is numerically simulated, and the aerodynamic coefficients are consistent with wind tunnel test results. The influence of air particle density on the numerical results is investigated. It turns out that an effective coupling of the parachute structure with the flow field is dif-ficult to be achieved in low particle density condition, which reduces the calculation accuracy. However, when the particle density exceeds a certain value, the computational consumption will increase and the calculation ac-curacy will be affected because of the rounding error. Therefore, the optimal particle number is determined. On this basis, the descent processes of parachute with different initial velocities are simulated. The dynamic change of the canopy shape, the projected diameter, the drop speed, the aerodynamic force and the swinging angle are obtained. It is found that the velocity has less impact on the parachute breath rate, the balancing speed as well as the aerodynamic force. The canopy breath amplitude and the swinging angle increase as the velocityincrease, and the attenuation property of swinging angle is lowerthan the project diameter. SPH method can effectively avoid large grid deformation problems in the aspect of parachute fluid-structure interaction and has wide appli-cation prospects in the field of large deformation on flexible fabric with fluid-structure interaction method.%随着计算机技术的不断发展以及数值模拟技术的兴起，对降落伞力学特性的模拟日益精确。
降落伞数值模拟中的计算流体力学研究进展简介
降落伞数值模拟中的计算流体力学研究进展简介
李晓勇;王健;蒋崇文;曹义华
【期刊名称】《航天返回与遥感》
【年(卷),期】2004(025)004
【摘要】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.【总页数】9页(P1-9)
【作者】李晓勇;王健;蒋崇文;曹义华
【作者单位】北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京,100083;北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京,100083;北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京,100083;北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】V448
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降落伞流场数值模拟方法研究
降落伞流场数值模拟方法研究
刘景利;张宏飞
【期刊名称】《四川兵工学报》
【年(卷),期】2007(028)003
【摘要】应用有限体积法求解可压流的N-S方程,采用K-ERNG模型作为湍流模型,对某降落伞稳定下降阶段的流场特征进行了数值模拟,同时提出了数值仿真中湍流模型的选择方法.
【总页数】3页(P45-46,63)
【作者】刘景利;张宏飞
【作者单位】中北大学机电工程学院弹箭模拟仿真研究中心,山西,太原,030051;中北大学机电工程学院弹箭模拟仿真研究中心,山西,太原,030051
【正文语种】中文
【中图分类】TS95
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本文用到的锥形伞物理参数为 :伞衣半径 R = 31 4 m ,顶孔半径 r = 01 175 m ,伞绳自由段长度 lf = 61 4 m ,伞衣质量 mp = 10 kg , 回收物质量 m = 90 kg ,伞衣编织物的弹性模量 Eb = 2 976 N/ m ,减缩 系数 K = 01 47[5] . 降落伞开伞过程中气流无攻角 , 初始下降 速 度 V 0 = 50 m/ s , 重 力 加 速 度 g =
1585
简化了锥形降落伞系统模型 ,对其充气过程中进 行数值模拟 ,从而得到了充气过程中伞衣外形和 流场的变化等相关数据 ,并着重分析了锥形伞开 伞过程中流场中旋涡发展变化的过程.
1 简化的锥形降落伞模型
降落伞的流场非常复杂 ,其流动是非定常的 , 流固交界面是动态的 ,伞衣织物还具有透气性. 这 些因素大大的增加了数值模拟的困难. 在建立锥 形降落伞模型的时候 ,拟做出了以下假设来对其 进行适当的简化.
Numerical simulation of fluid2structure interaction in conical parachute’s opening process
WU Zhuo , CAO Yi2hua , SON G Qian2f u
( School of Aero nautical Science and Engineering , Beijing U niver sit y of Aero nautics and A st ro nautics , Beijing 100191 , China)
圆周力
Fu
=σu L
=
Eb (εu +衣微段经线方向的弧长[5] . 开伞时伞衣在 X 方向向外扩张 , 在伞衣纬线上会产生弹性变 形 ,这种变形不与质量结点间距变化相联系 ,而是 与结点所在的伞衣纬线段的变形有关 ,也就是与 结点距离伞衣轴线的距离有关.
气动力
构变形和流场变化以及二者交互影响的流固耦合 问题.
另一方面 ,作为降落伞一种主要的伞型 ,锥形 伞无论在民间还是军事上都有着广泛的应用. 结 构上的特点造成了锥形伞流场在很多方面和国内 外研究较多的平面圆形伞之间存在着较大差别. 然而 ,国内外针对锥形伞的研究却少之又少 ,尤其 是锥形伞的充气过程.
21 1 伞衣多节点模型的建立
由于简化后的伞衣结构是轴对称的 ,假设充 气过程中始终保持对称充气 ,则可认为模型结构 和流场近似的保持轴对称. 因此降落伞的外形就 可以只用其伞衣表面任一条经线的形状来表示. 用 N - 1 个同心圆环将伞衣面分割为 N 个圆环 带. 在经线与同心圆的交点处放上质量节点 ,并将 每个圆环带的质量集中到其上较靠近中心的那个 节点上去. 对于每个节点 ,受到的合力方向总是在 中轴线和该经线所在的平面上. 因此 ,只用考虑其 在竖直方向 Y 上和圆周法向 X 上的位移. 这样就 将三维轴对称问题转化为二维问题 ,并且保证了 伞衣在模拟过程中的动力学特征和运动学特征都 能通过此多节点系统近似的表现出来[6] . 图 5 给 出了多节点结构模型建立的示意图.
基于上述两点 ,本文利用已有的多节点模型 ,
收稿日期 :2008206227 ; 修订日期 :2009203216 收稿日期 :国家自然科学基金 (10577003) 作者简介 :吴卓 (1982 - ) ,男 ,吉林松原人 ,硕士生 ,主要从事飞行器空气动力学的研究.
第 7 期
吴 卓等 :锥形降落伞开伞过程流动结构相互作用的数值模拟
1586
航 空 动 力 学 报
第 24 卷
91 8 m/ s2 ,空气密度ρ= 11 225 kg/ m3 .
2 伞衣的多节点结构模型
伞衣结构模型在本文研究中用来求解伞衣在 外力作用下的应力和位移问题 ,从而得到开伞过 程中某一时刻的伞衣外形. 对于降落伞开伞过程 中的每一时刻 ,都可以应用达朗贝尔原理在伞衣 上增加虚拟的惯性力 ,从而使动力学问题转化而 静力平衡问题求解. 因此 ,只要能建立一个方便计 算且保持降落伞力学特性的结构模型 ,就可以按 后文提到的流固耦合基本流程进行迭代 ,得到开 伞过程中某一时刻的流场结构.
Abstract : According to a multi2node model , t his paper has co nst ructed dynamics equa2 tio ns of co nical parachute system to simulate disto rtio n p rocess of t he flexible canop y in t he opening p rocess. By co mbinatio n of dynamics equatio ns code and co mp utatio nal fluid dynam2 ics (CFD) sof t ware , t he fluid2st ruct ure interactio n st udy of t he parachute was carried o ut , and t he change of it s shape and flow flied , inflatio n time , t he rate of decline , t he distant of decline , and ot her relevant data were achieved in agreement wit h foreign research result s.
点 i 在 X , Y 方向的动力学方程.
11 1 流固耦合的准定常假设
在钝物体绕流的实验中 ,无开孔的凹半球壳 的绕流中会随机的产生横向涡 ,使流场变得很不 对称. 同时球壳边缘会产生周期性或非周期性的 脱落涡 ,对半球壳本身造成很大的侧向力和摆动. 文献[ 122 ] 的实验对比中可以看出 ,对于开孔球 壳 ,适当的开孔和足够的开孔度可以降低这种横 向涡的尺度甚至避免这种不对称涡的产生. 降落 伞的顶孔可以明显增加降落伞的稳定性 ,大大减 弱流场的非定常效应[3] . 因此在进行流固耦合时 , 近似的认为降落伞的流场是一个准定常的流动现 象 ,即耦合的每一步计算时 ,都看作是定常流场进 行计算.
图 7 伞衣质量结点 i 受力图 Fig. 7 Fo rces o n node i
重力 m ( i) g , m ( i) 是第 i 个质量结点的质量 , g 是 重力加速度. 质量使结点产生沿 Y 方向的重力. 弹性力
第 7 期
吴 卓等 :锥形降落伞开伞过程流动结构相互作用的数值模拟
1587
第 24 卷 第 7 期 2009 年 7 月
航空动力学报
Journal of Aerospace Power
Vol. 24 No . 7 J ul . 2009
文章编号 :100028055 (2009) 0721584210
锥形降落伞开伞过程流动结构相互 作用的数值模拟
吴 卓 , 曹义华 , 宋乾福
分为边界结点和非边界结点两类. 下面分别对两 者的受力情况做出分析. 21 21 1 非边界质量结点的受力情况
以位于非边界位置的质量结点 i 为例来说明 非边界质量结点的受力情况. 联结 i 的前后弧段 分别为 k 和 k + 1 ,其受力情况参见图 7. 图中 , α( k) 是第 k 条弧线段外法线方向和 X 轴夹角 , ax ( i) , ay ( i) 分别是结点 i 在 X 方向和 Y 方向的 加速度.
收物质量的质点 M ,通过伞绳将伞衣质点系和回 收物质点联系起来就形成了代表整个降落伞系统 的多结点模型.
图 6 降落伞在 Y 方向上的受力情况 Fig. 6 Multi2node model of parachute system
21 2 多结点模型动力学方程组的建立 为确立多结点模型的动力学方程组 ,将结点
11 2 流场简化假设
一般降落伞的开伞过程中下降速度在 50 m/ s 以下 ,因此降落伞流场是典型的不可压流动问题. 降落伞系统是典型的自平衡系统 ,实际的降落伞 在下降过程中 ,是在变化的小迎角范围内缓慢的 摆动 ,本文假设降落伞下降过程中来流攻角保持 不变.
11 3 降落伞结构的简化假设
在本文的降落伞流场计算中 ,没有考虑伞 衣织物的透气性问题. 本文还将伞面简化成一 个轴对称旋转体 (忽略伞衣幅和加强带以及所 有伞衣上的开口和褶皱 ,参见图 1～图 3) ,结构 和流场都 可 以 在 二 维 情 形 中 进 行 讨 论 和 计 算 . 织物和伞衣的弯曲刚度都为零 ,并且忽略伞绳 的质量和变形. 在整个开伞过程的模拟过程中 , 伞衣上任一点的压力数值在圆周方向的分量保 持不变 .
FL
= 2πσm
X
=
Eb
(εm 1-
+ Kεu )
K2
2πX
(1)
εm ε, u 分别是经线方向和纬线方向的应变[5 ] , K 是 减缩系数. 各个质量结点通过伞衣微段联结在一 起 ,在 X2Y 坐标系内运动产生空间位置变化从而 导致结点间距发生变化 ,由于伞衣是由弹性模量 一致的编织物构成的 ,所以间距的变化必然引起 结点间力的变化 ,产生沿着结点联结方向的弹性 力 FL ,每个质量结点受到前后两个质量结点相对 运动产生的弹性力 FL ( i) , FL ( i + 1) .
图 5 伞衣多节点模型的建立 Fig. 5 Founding multi2node model of canopy
建立好伞衣的多节点结构模型后 ,降落伞结 构转化为二维问题. 加上伞绳上的载荷 ,整个降落 伞系统在 Y 方向上的受力情况如图 6 所示.
图 6 中 T 为伞绳上的拉力 , D 为气动阻力 , m ( i) 为第 i 个结点所代表的质量. 将整个伞衣简 化为多结点结构模型后 ,各个质量结点之间由零 度经线所代表的伞衣弧线段联结 ,再引入代表回