針對充氣式再入減速器在動態(tài)飛行環(huán)境下的結(jié)構(gòu)特性變化問題,提出一種基于飛行軌跡參數(shù)的CFD動態(tài)邊界條件加載方法,有效實現(xiàn)了飛行動力學(xué)與空氣動力學(xué)之間的耦合。同時,建立考慮內(nèi)充壓氣體熱效應(yīng)的流固耦合模型,較已有方法更全面地考慮了結(jié)構(gòu)變形對流場的影響以及內(nèi)充壓氣體狀態(tài)參數(shù)的改變,突破了現(xiàn)有研究中未能完整考慮溫度對結(jié)構(gòu)特性影響的局限。利用此模型著重對比了再入過程中氣動力與氣動熱對結(jié)構(gòu)應(yīng)力及一階固頻的影響,并研究了尺寸變化對結(jié)構(gòu)特性的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)單獨考慮氣動力與氣動熱作用時,結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力分別升高至39.6 MPa與33.5 MPa,而適當(dāng)減小半錐角和增多氣囊數(shù)目有利于減小結(jié)構(gòu)應(yīng)力。本文研究為充氣式再入減速器的強度校核及優(yōu)化設(shè)計提供了有價值的參考。 

【文章來源】：宇航學(xué)報. 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

圖1 分析流程圖

充氣式再入減速器的幾何模型選取美國IRVE飛行器[10],結(jié)構(gòu)如圖2所示。七層氣囊獨立充氣以提供剛性,氣囊之間通過隔層連接以增加結(jié)構(gòu)強度,蒙皮包裹在氣囊外部以形成穩(wěn)定的氣動外形。柔性薄膜材料選擇凱夫拉(Kevlar)纖維膜,該材料密度為1440 kg/m3,楊氏模量131 GPa,泊松比0.35。圖3展示了充氣式再入減速器的結(jié)構(gòu)有限元模型,采用shell 181四節(jié)點面單元,網(wǎng)格數(shù)10萬。圖4是流體域網(wǎng)格模型的剖面圖,采用混合網(wǎng)格進行劃分,總網(wǎng)格800萬。

充氣式再入減速器通過熱防護系統(tǒng)(Thermal protection system, TPS)抵御巨大的熱載荷,從外到內(nèi)分為防熱層、絕熱層和氣密層,分別用以承受熱流、隔絕熱流和防止氣體泄漏,如圖5所示。本文采用solid 45單元建立各功能層的熱力學(xué)模型。圖4 CFD模型

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]某型充氣式再入減速熱防護結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[J]. 黃明星,王偉志.  航天返回與遙感. 2016(01)
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碩士論文
[1]充氣式減速器氣動特性與瞬態(tài)溫度場數(shù)值模擬分析[D]. 張雯婷.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[2]升力式航天器再入彈道設(shè)計與制導(dǎo)方法研究[D]. 鄭鳳麒.中國空氣動力研究與發(fā)展中心 2013
[3]充氣式返回飛行器的結(jié)構(gòu)動態(tài)特性分析[D]. 許家裕.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012



本文編號：3252399