结构变形对整流罩分离轨迹的影响

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1、摘要：为研究弹性体在稠密大气中的分离问题，基于非结构网格，采用运动网格与局部网格重构相结合的方法求解大位移相对运动的流场，并耦合6自由度刚体运动方程得到整流罩的运动.非定常流动方程使用格心有限体积法进行空间离散，并运用LU7SGS进行求解.应用标准算例验证该方法的准确性，并用于某整流罩飞行轨迹的计算.结果表明结构变形可能会使整流罩与飞行器碰撞.关键词：整流罩；分禹轨迹；非结构网格；运动网格；局部网格重构中图分类号：V414.5;TB115.2文献标志码：BEffectofstructuredeformationonf

2、airingseparationtrajectoryLONGYaosong,JIANGYuewen,YEZhengyin(NationalKeyLaboratoryofAerodynamicDesignandResearch,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xian710072,China)Abstract：Tostudyelastomerseparationindenseatmosphere,basedonunstructuredmesh,themethodcombining

3、movingmeshwithlocalre?meshingisusedtosolvetheflowfieldofrelativemovementwithlargedisplacements,andthefairingmovementiscalculatedbycouplingrigidbodymotionequationswithsixdegreeoffreedom.Theunsteadyflowequationsarediscretizedinspacebycell?centerfinitevolumemethod

4、andsolvedbyLU?SGS.Astandardnumericalexampleisemployedtovalidatetheaccuracyofthemethod.Thenafairingtrajectoryiscalculatedbythemethod.Theresultsshowthatthestructuredeformationmayresultinthecollisionbetweenthefairingandtheaircraft.Keywords：fairing;separationtrajec

5、tory;unstructuredmesh;movingmesh;localre?meshing0引言包含相对运动的多体分离问题是航空航天领域一个常见且关键的问题，是国内外的研究热点，包括整流罩分离、飞行器投放、子母弹抛撒、多弹头分离以及火箭级间或助推器的分离等.其中，弹性整流罩在稠密大气中的分离无疑是此类问题中最典型的、涉及多学科交叉的研究难题之一：一方面，整流罩的相对运动位移和迎风面积大、气动干扰严重等因素引起流动复杂性；另一方面，薄壳式结构的刚度低、质量轻等引起结构变形.［1?2］包含相对运动的多体空气动力学数

6、值模拟技术渐趋成熟，各种处理方法的区别基本可归为网格技术的差别，并发展出嵌套或搭接网格、运动网格+局部网格重构、笛卡尔网格和无网格解决方案等.采用嵌套或搭接网格解决多体分离问题是常用且成熟的方法，其分部件生成网格的方式克服单域网格处理复杂外形时的困难.很多专业软件，如Beggar［3］和CFD7FASTRAN等，也使用嵌套网格求解多体分离问题.CFX和FLUENT在处理旋转部件时都采用搭接网格处理网格的运动问题，国内多个课题组［4?5］也对其进行研究和应用，其难点在于界面处网格的实时确定、流动参数的插值以及守恒性的保

7、证等，阻碍该方法的进一步发展.运动网格+局部网格重构方法结合运动网格的简单高效与局部网格重构的网格质量高两方面优点，可很好地处理边界大位移问题，应用越来越广泛，如外挂物投放［6］、整流罩分离［7］和空中发射［8］等，但混合网格的运动网格技术、非结构网格的高效和高精度求解方法依然面临诸多难题，成为迫切需要解决的问题之一.笛卡尔网格避免对壁面区域进行特殊处理，网格自适应相对容易，在多体分离问题中也得到应用［9?10］，但该方法需建立有效的数据链表，这其中如何高效、准确地划分动边界单元是难点之一.近年来还出现采用无网格技术

8、求解多体分离问题［11?12］，但该方法的应用还不成熟，尚处于初步研究阶段.采用浸入边界［13］和虚拟域［14］方法求解运动边界问题是比较好的思路，但也面临高雷诺数的计算问题.为便于工程应用，基于非结构网格，采用运动网格与局部网格重构相结合的方法求解大位移相对运动的流场，并耦合6自由度刚体运动方程，得到整流罩的运动；用标准算例验证方法的准确性，