航天返回艙砰擊入水所引起的瞬間砰擊力將導(dǎo)致返回艙艙體局部結(jié)構(gòu)變形,嚴重情況下將在極短時間內(nèi)造成結(jié)構(gòu)整體失效甚至崩潰,這會對返回艙艙體以及艙內(nèi)的宇航員產(chǎn)生較大的危害。因此對航天返回艙入水砰擊載荷特性加以研究具有重要理論意義和工程應(yīng)用價值。論文在較為全面回顧和總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其研究方法的基礎(chǔ)上,基于計算流體動力學(xué)(Computaional Fluid Dynamics,簡稱CFD)技術(shù)對返回艙入水過程進行了數(shù)值研究。論文的具體工作和主要研究成果如下:(1)以商業(yè)流體計算軟件ANSYS17.2為平臺,結(jié)合有限體積法與動網(wǎng)格技術(shù),采用速度邊界造波法和阻尼消波技術(shù),引入自由表面運動處理技術(shù)VOF法,建立了滿足精度要求的數(shù)值波浪水池。(2)在返回艙入水砰擊驗證中,本文數(shù)值方法的計算結(jié)果與試驗值吻合較好,驗證了本文數(shù)值方法計算返回艙入水砰擊的有效性。對比了相同條件下返回艙進入靜水與波浪的砰擊壓力差別。返回艙在靜水中的砰擊壓力極值大于在波浪中的砰擊壓力極值,但是在波浪中的砰擊壓力極值持續(xù)時間要大于在靜水中。(3)針對返回艙砰擊入水過程開展了三維數(shù)值模擬研究,主要研究返回艙的運動參數(shù)包括入水速度、質(zhì)...

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 理論發(fā)展
        1.2.2 模型試驗
        1.2.3 數(shù)值研究
        1.2.4 尚需開展的工作
    1.3 本文的主要工作
第2章 返回艙入水砰擊數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)
    2.1 流體運動定解條件
        2.1.1 流體運動控制方程
        2.1.2 邊界條件和初始條件
        2.1.3 湍流模型
    2.2 數(shù)值求解方法
        2.2.1 控制方程的離散
        2.2.2 流場迭代求解方法
        2.2.3 自由液面跟蹤法
        2.2.4 動網(wǎng)格技術(shù)
    2.3 流固耦合實現(xiàn)方法
        2.3.1 流固耦合系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型
        2.3.2 雙向流固耦合流程
    2.4 本章小結(jié)
第3章 剛性返回艙在靜水與波浪中入水驗證
    3.1 數(shù)值建模
        3.1.1 結(jié)構(gòu)模型的建立
        3.1.2 流場網(wǎng)格劃分與收斂性分析
    3.2 計算方法的驗證
        3.2.1 問題描述
        3.2.2 計算結(jié)果分析
    3.3 三維波浪數(shù)值水池的建立
        3.3.1 規(guī)則波理論
        3.3.2 數(shù)值水池
        3.3.3 消波設(shè)置
        3.3.4 水池計算結(jié)果及分析
        3.3.5 返回艙入水結(jié)果及分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 剛性返回艙在波浪中砰擊入水數(shù)值研究
    4.1 入水速度對砰擊壓力的影響
        4.1.1 入水速度的變化
        4.1.2 加速度的變化
        4.1.3 入水速度對流體動力特性及運動特性影響
    4.2 質(zhì)量對返回艙砰擊入水過程的影響
        4.2.1 質(zhì)量對砰擊壓力的影響
        4.2.2 質(zhì)量對返回艙運動特性影響
    4.3 入水角度對返回艙砰擊入水過程的影響
        4.3.1 入水角度對砰擊壓力的影響
        4.3.2 入水角度對返回艙運動特性影響
    4.4 浪相對返回艙砰擊入水過程的影響
        4.4.1 一個典型波浪相位的分析
        4.4.2 全部波浪相位的影響分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 彈性返回艙在波浪中砰擊入水數(shù)值研究
    5.1 彈性返回艙砰擊入水的過程分析
        5.1.1 彈性計算軟件設(shè)置
        5.1.2 計算參數(shù)與耦合模塊設(shè)置
        5.1.3 計算求解動網(wǎng)格設(shè)置
    5.2 彈性返回艙入水砰擊壓力
    5.3 彈性返回艙與剛性返回艙入水砰擊壓力的比較
    5.4 彈性返回艙入水砰擊應(yīng)力應(yīng)變分析
    5.5 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝



本文編號：3851745