基于流固耦合方法的超声速降落伞复杂气动干扰的数值模拟研究

【作者】 薛晓鹏； 贾贺； 荣伟； 王奇；

【机构】 中南大学； 北京空间机电研究所；

【摘要】 超声速降落伞是火星探测任务中的有效减速手段。然而,降落伞要在火星环境中超声速条件开伞和工作,还需考虑超声速条件下的流固耦合问题,低密度,低动压的火星大气环境会显著地影响超声速降落伞周围的流场模式,并且超声速流场中,降落伞前会形成脱体激波,其与舱体尾流发生复杂非定常的气动干扰,这对降落伞的阻力性能和稳定性能造成重大影响。本研究将通过浸入边界技术对三维超声速降落伞系统进行数值模拟研究,解析地球大气环境和真实火星大气环境下超声速降落伞周围复杂流动的物理机制,分析降落伞周围复杂流场结构对伞衣变形动力学的影响以及对降落伞性能表现的影响。研究结果表明:在火星大气环境中,拖拽距离比系数为7.13和10时的柔性与刚性降落伞表现出相同的流场特性,分别观测到了宽尾流/伞前激波相互作用和窄尾流/伞前激波的相互作用,并且伞衣变化显著减弱;而在地球大气环境中,这两种模型均表现为窄尾流/伞前激波的相互作用,这使得伞衣非线性变形显著,并观测到了伞衣的呼吸行为。这对火星大气环境对超声速降落伞的伞衣材料。更多还原