无限质量降落伞充气动力学数值模拟（

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1、无限质量降落伞充气动力学数值模拟*收稿日期：2015-11-16基金项目：国家自然科学基金资助项目（11272345，51375486）；国防科大校预研计划（JC13-01-04）作者简介：高兴龙（1987－），男，吉林蛟河人，博士研究生，E-mail：18674853560@163.com；张青斌（通信作者），男，副教授，博士，硕士生导师，E-mail：qingbinzhang@sina.com.高兴龙，张青斌，高庆玉，唐乾刚（1.国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073）摘要：为分析降落伞火星再入环境下的超声速开伞性能，基于任意欧拉-拉格朗日罚函数法和多介质ALE（Mul

2、ti-MaterialArbitraryLagrangeEuler）算法，求解可压缩流场与降落伞结构的耦合动力学模型。数值模拟盘缝带伞超声速开伞过程外形变化，预测气动力作用下的伞衣织物三维结构动力学行为。结合风洞试验数据，对比分析降落伞开伞性能和前置体对伞衣充气外形的影响。最终给出超声速伞周围非稳态流场的尾流和激波分布。仿真结果表明：盘缝带伞超声速开伞过程完全充满且充气效果良好，未出现塌陷情况。随着来流马赫数的增加，降落伞阻力系数逐渐减小，充气时间增加，与试验结果保持一致，验证了本文方法的有效性。关键词：降落伞；超声速流动；无限质量充气；流固耦合；可压缩流中图分类号：V441.8文献标志

3、码：A　　　文章编号：1001-2486Numericalsimulationonparachute'sinfinitemassinflationdynamicsGAOXinglong,ZHANGQingbin,GaoQingyu,TANGQiangang(1.CollegeofAerospaceScienceandTechnology,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China）Abstract:ToanalyzethesupersonicopeningperformanceparachuteinMarsentr

4、yenvironmentarestudied.BasedontheMulti-materialArbitraryLagrangeEuler(MMALE)methodalgorithm,thecouplingmodelsbetweencompressiblefluidandflexiblestructureofparachutearesolved.Theevolutionof3DshapeofDGBparachuteduringsupersonicinflationissimulated,andthestructuraldynamicsbehaviorsofcanopyfabricispr

5、edicted.Thedragareaandcoefficientsarecomparedwiththewindtunneldata.Theinflationperformanceofparachuteandtheinfluenceofforebodyareanalyzed.Finally,thewakeofunsteadyfluidanddistributionofshockwavearoundsupersonicparachuteareinvestigated.Theresultsshow:TheDGBparachuteiswellinflatedwithoutseriouslyco

6、llapse.AstheincreaseofMachnumbers,thedragcoefficientsgraduallydecrease,alongwiththeincreaseoftheinflationtime,whichbringintocorrespondencewiththetestresults,andprovethevalidityofthemethodproposedinthispaper.Keywords:Parachutes;supersonicflow;infinitemassinflation;fluidstructureinteraction;compres

7、siblefluid.进入、减速和着陆（Entry,Descent,andLanding,EDL）技术是深空探测实施过程的关键技术之一，降落伞作为EDL技术的重要组成部分，是火星探测器实现软着陆的关键环节。火星表面大气稀薄，降落伞减速工作处于低密度、超音速、低动压的工作环境[1]，这些特点令火星探测中的降落伞开伞过程变得更为复杂。降落伞充气过程涉及到伞衣结构与气动压力的相互作用，其流固耦合过程的求解作为降落伞研究领域的难点问题一直备