开“窗”结构对环帆伞开伞过程影响

doi:10.7527/S1000-6893.2022.26936

固体力学与飞行器总体设计

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开“窗”结构对环帆伞开伞过程影响

包文龙¹, 贾贺¹^,²(), 薛晓鹏³, 黄雪姣¹, 高树义¹, 荣伟¹, 王奇¹, 吴壮志⁴

^1.北京空间机电研究所，北京 100094
^2.南京航空航天大学航空学院，南京 210016
^3.中南大学航空航天学院，长沙 410083
^4.北京航空航天大学计算机学院，北京 100191

收稿日期:2022-01-11 修回日期:2022-02-16 接受日期:2022-02-17 出版日期:2022-03-14 发布日期:2022-02-17
通讯作者: 贾贺 E-mail:chinajiah@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(11972192);飞行器环境控制与生命保障工业和信息化部重点实验室开放课题(KLAECLS-E-202004)

Influence of ‘windows’ structure on inflation process of ringsail parachute

Wenlong BAO¹, He JIA¹^,²(), Xiaopeng XUE³, Xuejiao HUANG¹, Shuyi GAO¹, Wei RONG¹, Qi WANG¹, Zhuangzhi WU⁴

^1.Beijing Institute of Space Mechanics and Electricity，Beijing 100094，China
^2.College of Aerospace Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China
^3.School of Aeronautics and Astronautics，Central South University，Changsha 410083，China
^4.School of Computer Science and Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China

Received:2022-01-11 Revised:2022-02-16 Accepted:2022-02-17 Online:2022-03-14 Published:2022-02-17
Contact: He JIA E-mail:chinajiah@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(11972192);Research Fund of Ministry of Industry and Information Technology Key Laboratory of Aircraft Environment Control and Life Support(KLAECLS-E-202004)

摘要/Abstract

摘要：

随着载荷重量的增加，单伞已无法满足大重量返回舱的安全着陆要求，群伞系统获得关注并成功应用。然而，伞间干扰等问题仍困扰着群伞的设计，新一代载人飞船已经考虑从透气性角度对此进行解决。同时，鉴于群伞开伞过程仿真难度较大，在不改变伞衣构型设计的前提下，采用流固耦合（FSI）方法针对单伞开展不同透气性的环帆伞开伞过程数值模拟，旨在研究开“窗”结构对环帆伞气动性能的影响。结果表明：开“窗”结构对环帆伞开伞过程中的外形变化有较小影响，开“窗”前后的伞衣投影面积与名义面积比变化最大不超过15%；对于不同的开“窗”位置和数量，平衡平均阻力系数、开伞动载系数及阻力系数波动三者的最佳选择为帆5位置和25%数量；采用开“窗”结构后的环帆伞最大摆角至少减小5°，且减小幅度随着开“窗”数量的增加而增大，但与开“窗”位置之间并无明显规律。

关键词: 环帆伞, 开“窗”结构, 气动特性, 流固耦合, 透气性

Abstract:

With increasing load weight， the inability of single parachutes to ensure safe landing of heavy reentry capsules diverts extensive attention to the cluster parachute system which has been successfully applied. However， the interference between the parachutes poses challenges to the cluster parachute design. The new generation of crewed spacecraft has attempted to solve this problem from the perspective of porosity. Due to the difficulty in simulating the inflation process of the cluster parachute， this paper adopts the Fluid-Structure Interaction （FSI） numerical method to conduct numerical simulation of the inflation process of single ringsail parachutes with different porosities without changing the configuration design of the canopy to investigate the influence of the ‘windows’ structure on aerodynamic performance. The result demonstrates that the ‘windows’ structure has minor influence on the shape change during the inflation process of the ringsail parachute， with the ratio change of the projected area to the nominal area before and after using the ‘windows’ structure no more than 15%. For different ‘windows’ positions and quantities， the best choice to balance the average drag coefficient， opening load， and fluctuation of the drag coefficient is sail position 5 and quantity 25%. The maximum swing angle is reduced by at least 5 °after using the ‘windows’ structure， and the reduction will increase with the grow in the number of ‘windows’； however， no clear patterns between the positions of the ‘windows’ is observed.

Key words: ringsail parachute, ‘windows’ structure, aerodynamic characteristics, fluid-structure interaction, porosity

中图分类号:

V445.2⁺3

包文龙, 贾贺, 薛晓鹏, 黄雪姣, 高树义, 荣伟, 王奇, 吴壮志. 开“窗”结构对环帆伞开伞过程影响[J]. 航空学报, 2023, 44(5): 226936.

Wenlong BAO, He JIA, Xiaopeng XUE, Xuejiao HUANG, Shuyi GAO, Wei RONG, Qi WANG, Zhuangzhi WU. Influence of ‘windows’ structure on inflation process of ringsail parachute[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(5): 226936.

图/表 17

图 1

图 2

表1

图 3

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表2

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参考文献 26

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

序号	研究对象	结构透气量/%	D_t/D_j
0	基准算例	4.940	1.000
1	帆3，开“窗”25%	8.127	0.673
2	帆4，开“窗”25%	8.487	0.768
3	帆5，开“窗”25%	8.825	0.864
4	帆5，开“窗”50%	12.710	0.864
5	帆5，开“窗”75%	16.595	0.864

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