火星大气环境下降落伞SPH流固耦合方法初探
火星探测作为深空探测的重要内容已经被世界各国广泛关注，而降落伞作为火星探测器重要的减速装置，其性能研究也成为了一项必要内容。火星经常发生大规模尘暴现象，对降落伞的工作性能有一定影响。传统的降落伞流固耦合多采用ALE方法，对于大变形开伞过程，易产生负体积，且计算消耗巨大；为了规避这一问题，本文开展了无网格SPH方法的降落伞流固耦合模拟的研究。 首先开展了降落伞SPH粒子流固耦合方法可行性数值试验。建立降落伞折叠模型及流场SPH粒子模型，模拟了不同来流速度下降落伞开伞过程，研究了粒子密度对数值结果的影响，获得了开伞过程中伞衣外形、开伞载荷及投影直径的动态变化情况，数值结果与风洞试验结果较为一致，证明了SPH方法在降落伞流固耦合应用上的正确性和有效性。 其次，针对火星环境降落伞稳降阶段工作过程开展了ALE有限元方法与SPH粒子方法的对比研究。用两种方法对火星盘-缝-带伞进行了流固耦合数值模拟，得到了伞衣外形、等效应力、压力云图、伞衣载荷、投影直径、阻力系数等的动态变化，通过对计算过程及数值结果的对比分析，认为：ALE法准确性和精确性更高，SPH法节约时间，效率更高。 最后，针对火星环境的尘暴现象开展了SPH粒子方法结合有限元方法耦合模拟的探索。使用SPH粒子模拟火星的沙尘暴颗粒，流场、降落伞建立有限元模型，开展了无沙尘暴、不同沙尘暴速度、密度、分布区域等条件下降落伞稳降阶段工作过程的流固耦合模拟，获得了伞衣外形及应力变化、伞衣载荷和偏转角度等动态变化情况，研究了尘暴强度对降落伞性能的影响，为火星降落伞设计和研制提供了一些参考依据。
降落伞;粒子流固耦合;开伞载荷;稳降过程;流场计算;火星探测
南京航空航天大学
硕士
人机与环境工程
余莉
2017
中文
V445.23;O241.82
78
2018-09-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）