十字形伞有限质量充气展开及尾流再附现象

为探究折叠十字形伞有限质量充气特性及尾流再附现象,采用任意拉格朗日-欧拉方法对质量比数M_(r)范围为0.17~0.94以及弗劳德数F_(r)范围为6.8~383.9的十字形伞-载荷系统减速过程进行流固耦合数值模拟。研究M_(r)及F_(r)对十字形伞充气过程的影响,并讨论其对开伞载荷峰值Xp、伞衣坍塌参数R_(c)的影响,绘制十字形伞“正常充气展开”、“发生尾流再附后再次充气”、“发生尾流再附后完全失效”3种不同充气展开结果关于M_(r)及F_(r)的相图。分别对3种十字形伞的充气现象进行详细分析,研究其开伞载荷、阻力系数及伞衣投影直径的瞬态变化过程。结合伞衣结构变形、伞衣应力及非定常流场,阐明十字形伞3种不同充气展开过程的流固耦合机理。研究结果表明:无量纲开伞载荷峰值X_(p)及坍塌参数R_(c)随F_(r)的增大而增大;十字形伞有限质量充气展开过程中,伞衣与周围空气发生较为剧烈的动量交换,可能出现高速尾流与伞衣接触导致十字形伞明显凹陷甚至完全塌陷失效的现象。

降落伞充气过程中尾流再附动力学分析

文章对降落伞充气过程中的尾流再附现象进行了动力学分析。建立的尾流再附动力学模型包括:伞系统运动方程、尾流运动方程、伞衣-尾流动量交换方程。利用模型计算了3种不同开伞情况下尾流与伞衣的运动,得到尾流再附发生的条件。计算所得到的结论与试验结果一致。

翼伞充气过程的流固耦合方法数值仿真

为研究冲压式翼伞折叠充气过程的流固耦合动力学特性,基于自由曲面变形理论建立了多气室冲压翼伞的展向折叠模型。流体域通过时步更新技术实现了随伞载系统运动,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法开展了翼伞非定常充气展开过程的非线性动力学数值计算,数值计算结果与空投试验结果具有较好的一致性。深入分析了翼伞充气过程中的三维外形及非定常流场分布情况,表明翼伞充气过程由于翼尖涡绕流,存在"翼尖上翘,中部凹陷"的翼伞尾流再附现象;各气室的充气规律关于中央气室对称;分析了翼伞气动特性的动态变化规律,充满后翼伞滑翔比稳定在2.24。上述研究为翼伞设计及开伞性能预测提供了一定的理论依据。

小型降落伞充气和伞衣塌陷过程

为了研究小型电子装置降落伞伞衣在充气和塌陷过程中的流场特性,判断伞衣充气过程的安全性,采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrange Euler,ALE)方法,对伞衣的分离剪切层演化及其尾流区的涡运动进行分析,探讨来流速度和前置体质量等因素对充气过程的影响.结果表明:根据流场演化的特点,降落伞充气过程中尾流再附现象导致伞顶塌陷.在物伞系统速度比为5~20,质量比为0.5~1.4等大范围工况内,伞衣只存在局部塌陷,开伞失败的风险较小,是较为安全的工况;当前置体质量过小时,伞衣可能发生大面积塌陷,是较为危险的工况.