大气密度对柔性降落伞开伞过程影响研究

【作者】 邹天琪； 贾贺； 荣伟； 王奇； 蒋伟； 徐欣； 薛晓鹏；

【机构】 中南大学自动化学院； 北京空间机电研究所； 南京航空航天大学航空学院；

【摘要】 降落伞在火星探测任务的下降过程中扮演着至关重要的角色,火星降落伞能否成功发挥作用将直接决定整个探测任务的成败。降落伞由柔性织物编织而成,具有柔性、透气、非线性大变形的特征,且伞衣透气性是伞衣织物的重要指标,它包括结构透气性和织物透气性,不仅影响伞衣周围的流场结构,还影响伞衣的非线性变形和气动性能表现。可是,目前,伞衣透气性对于火星大气中超声速降落伞的开伞性能和气动性能的影响机理至今尚不明确。前期研究已表明,当保持透气性一定时,改变结构透气性(G)与织物透气性(F)的贡献比为7:3(G7F3)时,降落伞的阻力性能较佳;当结构透气性与织物透气性的贡献比为5:5(G5F5)时,降落伞的稳定性较好。本研究将这两种降落伞气动性能较优的组合透气性设计方案置于不同密度的超声速来流中,采用流固耦合数值模拟方法研究了大气密度变化对不同结构/织物透气性比例的超声速降落伞充气性能及气动特性的影响机理。结果表明:随着大气密度从0.00346kg/m~3增加至0.346kg/m~3,在高动压的影响下,伞衣的开伞速度逐渐加快,充气时间明显缩短;伞衣的阻力性能逐渐降低,但稳定性能得到了显著提升;并且发现大气密度的增大直接影响了降落伞受到的阻力大小,并较快地出现摆动。另外,大气密度对前期研究结论影响较小,相同密度条件下,依旧保持着G5F5伞衣的稳定性能较好,G7F3伞衣的阻力性能更优。该研究结果可为新一代火星降落伞的设计提供一定的理论参考。更多还原