超音速探测器-刚性盘-缝-带型降落伞系统的大涡模拟研究

研究了Mach数为2时,流场不同块结构自适应网格加密精度对探测器-刚性盘-缝-带型降落伞系统的气动减速性能以及流场结构特性的影响.对于非定常可压缩流体流动,采用了兼顾激波与湍流的WENO(weighted essentially non-oscillatory)和TCD(tuned center difference)混合计算格式以及拉伸涡亚格子模型的大涡模拟方法.结果表明:在较低的流场块结构自适应网格分辨率下,是难以准确模拟计算降落伞系统重要的气动阻力系数和捕捉流场流动特征细节的.随后验证了流场自适应网格的收敛性.

探测器对超音速刚性盘-缝-带型降落伞系统的影响

研究了流体初始马赫数为2.0时,探测器的存在与否对刚性盘-缝-带型降落伞系统气动减速性能以及流场流体结构特性的影响.对于非定常可压缩流体的数值模拟,流场采用了三层块结构自适应网格加密技术,配合混合形式的TCD (tuned center difference)和WENO (weighted essentially non-oscillatory)计算格式以及基于拉伸涡亚格子模型的大涡模拟方法来处理超音速流中的激波以及大尺度湍流旋涡结构等.结果表明:无探测器时,降落伞系统的流场结构稳定,扰动较小;有探测器存在时,探测器后端的湍流尾迹和伞衣内部逆向运动溢出的流体与伞衣前端的弓形激波周期性的相互作用,使得激波位置发生前移、激波倾角变小,伞衣内部流场难以达到平衡稳定状态.这加剧了降落伞系统的气动阻力振荡脉动变化,降低了降落伞系统气动阻力系数,同时也使得降落伞系统流场尾迹结构更加复杂.

织物透气性对火星用降落伞气动特性影响机理

探测器的进入、减速、着陆过程是火星探测任务中的关键一环,火星降落伞在其中起着至关重要的减速作用。然而,作为火星任务中唯一成功使用至今的伞型,盘-缝-带伞型已经达到了其尺寸极限,而新一代的超声速盘帆伞和环帆伞亦在飞行试验中全部失败,这可能与其复杂的透气特性(几何透气性和织物透气性)相关。但目前针对织物透气性的研究主要集中在亚声速范围,超声速条件下织物透气性的影响机理尚不明了且报道极少。以火星科学实验室降落伞为基础模型,从伞衣厚度和相对透气量等关键设计参数角度,对其开展织物透气性影响机理的数值研究。结果表明:针对透气性伞衣,织物透气性的改变对降落伞的阻力性能影响较小,但对降落伞的稳定性影响较大;对于1 mm伞衣厚度,16%~24%的相对透气量稳定性较优;对于12%相对透气量的伞衣,0.2~0.5 mm的伞衣厚度稳定性最佳;相对亚声速来流,超声速来流下的透气性降落伞的稳定性更高。以上研究结论能够为新一代降落伞织物透气性的设计提供一定的理论参考。