兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (11): 3915-3925.doi: 10.12382/bgxb.2023.0840
收稿日期:
2023-08-31
上线日期:
2024-01-13
通讯作者:
基金资助:
Received:
2023-08-31
Online:
2024-01-13
摘要:
为探究折叠十字形伞有限质量充气特性及尾流再附现象,采用任意拉格朗日-欧拉方法对质量比数Mr范围为0.17~0.94以及弗劳德数Fr范围为6.8~383.9的十字形伞-载荷系统减速过程进行流固耦合数值模拟。研究Mr及Fr对十字形伞充气过程的影响,并讨论其对开伞载荷峰值Xp、伞衣坍塌参数Rc的影响,绘制十字形伞“正常充气展开”、“发生尾流再附后再次充气”、“发生尾流再附后完全失效”3种不同充气展开结果关于Mr及Fr的相图。分别对3种十字形伞的充气现象进行详细分析,研究其开伞载荷、阻力系数及伞衣投影直径的瞬态变化过程。结合伞衣结构变形、伞衣应力及非定常流场,阐明十字形伞3种不同充气展开过程的流固耦合机理。研究结果表明:无量纲开伞载荷峰值Xp及坍塌参数Rc随Fr的增大而增大;十字形伞有限质量充气展开过程中,伞衣与周围空气发生较为剧烈的动量交换,可能出现高速尾流与伞衣接触导致十字形伞明显凹陷甚至完全塌陷失效的现象。
中图分类号:
侯夏伊, 胡俊, 于勇. 十字形伞有限质量充气展开及尾流再附现象[J]. 兵工学报, 2024, 45(11): 3915-3925.
HOU Xiayi, HU Jun, YU Yong. Finite Mass Inflation and Wake Recontact Phenomenon of Cross Parachutes[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(11): 3915-3925.
参数 | 数值 |
---|---|
长臂L/m | 7.29 |
短臂W/m | 2.28 |
伞衣面积S/m2 | 28.044 |
名义直径D0/m | 5.98 |
伞顶孔面积Sv/m2 | 0.015 |
伞绳长Ls/m | 5.56 |
连接带长Lc/m | 1 |
表1 十字形伞几何参数
Table 1 Geometrical parameters of cross parachute
参数 | 数值 |
---|---|
长臂L/m | 7.29 |
短臂W/m | 2.28 |
伞衣面积S/m2 | 28.044 |
名义直径D0/m | 5.98 |
伞顶孔面积Sv/m2 | 0.015 |
伞绳长Ls/m | 5.56 |
连接带长Lc/m | 1 |
降落伞 部件 | 密度/ (kg·m-3) | 厚度/ m | 截面 直径/m2 | 杨氏 模量/Pa | 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|
伞衣 | 533 | 2.5×10-4 | 4.309×108 | 0.14 | |
伞衣加强带 | 462 | 4.9×10-6 | 9.7×1010 | ||
连接带 | 462 | 4.9×10-6 | 9.7×1010 | ||
伞绳 | 462 | 4.9×10-6 | 9.7×1010 |
表2 降落伞材料属性
Table 2 Properties of parachute materials
降落伞 部件 | 密度/ (kg·m-3) | 厚度/ m | 截面 直径/m2 | 杨氏 模量/Pa | 泊松比 |
---|---|---|---|---|---|
伞衣 | 533 | 2.5×10-4 | 4.309×108 | 0.14 | |
伞衣加强带 | 462 | 4.9×10-6 | 9.7×1010 | ||
连接带 | 462 | 4.9×10-6 | 9.7×1010 | ||
伞绳 | 462 | 4.9×10-6 | 9.7×1010 |
伞部件 | 单元类型 | 材料类型 | 网格数量 |
---|---|---|---|
伞衣 | shell | fabric | 6544 |
伞衣加强带 | beam | cable discrete beam | 2592 |
连接带 | beam | cable discrete beam | 4 |
伞绳 | beam | cable discrete beam | 140 |
载荷 | solid | rigid | 448 |
流场 | solid | null | 1459188 |
表3 有限元模型
Table 3 Finite element model
伞部件 | 单元类型 | 材料类型 | 网格数量 |
---|---|---|---|
伞衣 | shell | fabric | 6544 |
伞衣加强带 | beam | cable discrete beam | 2592 |
连接带 | beam | cable discrete beam | 4 |
伞绳 | beam | cable discrete beam | 140 |
载荷 | solid | rigid | 448 |
流场 | solid | null | 1459188 |
来流速度/ (m·s-1) | 实验最大 载荷[ | 数值模拟最大 载荷/N | 误差/ % |
---|---|---|---|
69.4 | 60730 | 58351 | 3.9 |
74.5 | 75458 | 68506 | 9.2 |
表4 十字形伞开伞载荷与实验值[15]对比
Table 4 Comparison of thedeployment load of cross parachute with the experimental value[15]
来流速度/ (m·s-1) | 实验最大 载荷[ | 数值模拟最大 载荷/N | 误差/ % |
---|---|---|---|
69.4 | 60730 | 58351 | 3.9 |
74.5 | 75458 | 68506 | 9.2 |
工况 | Mr | ms/kg | Fr | v0/(m·s-1) |
---|---|---|---|---|
1 | 0.17 | 43.1 | 6.8 | 20 |
2 | 0.17 | 43.1 | 109.2 | 80 |
3 | 0.17 | 43.1 | 383.9 | 150 |
4 | 0.32 | 81.1 | 6.8 | 20 |
5 | 0.32 | 81.1 | 27.3 | 40 |
6 | 0.32 | 81.1 | 61.4 | 60 |
7 | 0.32 | 81.1 | 109.2 | 80 |
8 | 0.32 | 81.1 | 170.6 | 100 |
9 | 0.32 | 81.1 | 383.9 | 150 |
10 | 0.48 | 121.7 | 6.8 | 20 |
11 | 0.48 | 121.7 | 109.2 | 80 |
12 | 0.48 | 121.7 | 383.9 | 150 |
13 | 0.62 | 157.2 | 6.8 | 20 |
14 | 0.62 | 157.2 | 109.2 | 80 |
15 | 0.62 | 157.2 | 383.9 | 150 |
16 | 0.94 | 243.1 | 6.8 | 20 |
17 | 0.94 | 243.1 | 383.9 | 150 |
表5 数值模拟计算工况
Table 5 Conditions of numerical simulation
工况 | Mr | ms/kg | Fr | v0/(m·s-1) |
---|---|---|---|---|
1 | 0.17 | 43.1 | 6.8 | 20 |
2 | 0.17 | 43.1 | 109.2 | 80 |
3 | 0.17 | 43.1 | 383.9 | 150 |
4 | 0.32 | 81.1 | 6.8 | 20 |
5 | 0.32 | 81.1 | 27.3 | 40 |
6 | 0.32 | 81.1 | 61.4 | 60 |
7 | 0.32 | 81.1 | 109.2 | 80 |
8 | 0.32 | 81.1 | 170.6 | 100 |
9 | 0.32 | 81.1 | 383.9 | 150 |
10 | 0.48 | 121.7 | 6.8 | 20 |
11 | 0.48 | 121.7 | 109.2 | 80 |
12 | 0.48 | 121.7 | 383.9 | 150 |
13 | 0.62 | 157.2 | 6.8 | 20 |
14 | 0.62 | 157.2 | 109.2 | 80 |
15 | 0.62 | 157.2 | 383.9 | 150 |
16 | 0.94 | 243.1 | 6.8 | 20 |
17 | 0.94 | 243.1 | 383.9 | 150 |
图8 伞衣外形及von Mises应力(左)伞衣及流场无量纲速度云图(右)(Mr=0.94,Fr=383.9)
Fig.8 Shape and von Mises stress of canopy(left) and dimensionless velocity contours of canopy and flow field(right)(Mr=0.94,Fr=383.9)
图11 伞衣外形及von Mises应力(左)伞衣及流场无量纲速度云图(右)(Mr=0.32,Fr=383.9)
Fig.11 Shape and von Mises stress of canopy(left) and dimensionless velocity contours of canopy and flow field(right)(Mr=0.32,Fr=383.9)
图13 伞衣外形及von Mises应力(左)伞衣及流场无量纲速度云图(右)(Mr=0.17,Fr=383.9)
Fig.13 Shape and von Mises stress of canopy(left)and dimensionless velocity contours of canopy and flow field(right)(Mr=0.17,Fr=383.9)
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.08.006 |
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