超声速下盘缝带伞不同收口方式的气动特性

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28811

流体力学与飞行力学

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超声速下盘缝带伞不同收口方式的气动特性

代雨柔¹^,², 李健¹^,²(), 薛晓鹏³, 荣伟¹^,²

^1.北京空间机电研究所，北京 100094
^2.中国航天科技集团有限公司航天进入减速与着陆技术实验室，北京 100094
^3.中南大学自动化学院，长沙 410083

收稿日期:2023-04-04 修回日期:2023-06-11 接受日期:2023-07-05 出版日期:2024-04-15 发布日期:2023-07-14
通讯作者: 李健 E-mail:lijian_bbmouth@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(12072377);湖南省自然科学基金(2022JJ30678)

Aerodynamic characteristics of supersonic disk-gap-band parachute with different reefing ways

Yurou DAI¹^,², Jian LI¹^,²(), Xiaopeng XUE³, Wei RONG¹^,²

^1.Beijing Institute of Space Mechanics and Electricity，Beijing 100094，China
^2.Entry Deceleration and Landing Technology Laboratory，China Aerospace Science and Technology Corporation，Beijing 100094，China
^3.College of Automation，Central South University，Changsha 410083，China

Received:2023-04-04 Revised:2023-06-11 Accepted:2023-07-05 Online:2024-04-15 Published:2023-07-14
Contact: Jian LI E-mail:lijian_bbmouth@163.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12072377);Natural Science Foundation of Hunan Province(2022JJ30678)

摘要/Abstract

摘要：

随着中国航天事业的发展，对大面积、高强度、低开伞力、低重量体积的高性能超声速降落伞的应用需求越来越突出。超声速收口技术是满足未来需求的一种可能的技术途径，但国内外在此领域的研究工作欠缺。本文以超声速盘缝带收口降落伞为研究对象，采用流固耦合的方法，对不同收口方式的不同收口比下的盘缝带伞的气动特性进行研究。结果表明，盘收口降落伞在呼吸时，盘的部分基本保持充满状态，带的部分发生不规则的膨胀和收缩。而带收口时，盘和带的部分则一起进行膨胀和收缩。对于收口的气动特性方面，盘收口的阻力系数和投影面积随着收口比的增大而增大，而带收口则没有明显变化。

关键词: 盘缝带伞, 收口技术, 流固耦合, 阻力特征, 气动特征

Abstract:

With the development of aerospace engineering， the demand for the application of high-performance supersonic parachute with large area， high strength， low opening shock， and low weight and volume is becoming more and more prominent. Supersonic reefing technology is a possible way to meet the future demand， but research in this field remains limited both domestically and internationally. This paper studies the aerodynamic characteristics of supersonic disk-gap-band parachute in different reefing ways and different reefing ratios using the fluid-structure interaction method. The results show that when the mid-gore reefing parachute breaths， the disk keeps full and the band part expands and contracts irregularly. However， for the skirt reefing parachute， the band and disk part expand and contract together. For the aerodynamic characteristics of the parachute reefing， the drag coefficient and the projected area of the mid-gore reefing grow with the increase of reefing ratio， but the skirt reefing shows no obvious change.

Key words: disk-gap-band parachute, reefing technology, fluid-structure interaction, drag characteristics, aerodynamic characteristics

中图分类号:

V445.2⁺3

代雨柔, 李健, 薛晓鹏, 荣伟. 超声速下盘缝带伞不同收口方式的气动特性[J]. 航空学报, 2024, 45(7): 128811-128811.

Yurou DAI, Jian LI, Xiaopeng XUE, Wei RONG. Aerodynamic characteristics of supersonic disk-gap-band parachute with different reefing ways[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(7): 128811-128811.

图/表 27

图 1

表 1

图 2

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图 15

图 16

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图 19

图 20

表6

图 21

参考文献 29

1	《降落伞技术导论》编写组. 降落伞技术导论［M］. 北京：国防工业出版社， 1977： 113-117.
	“Introduction to Parachute Technology” Writing Group. Introduction to parachute technology［M］.Beijing： National Defense Industry Press， 1977： 113-117 （in Chinese）.
2	WITKOWSKI A， BRUNO R. Mars exploration rover parachute decelerator system program overview［C］∥Proceedings of the 17th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar. Reston： AIAA， 2003.
3	ADAMS D S， WITKOWSKI A， KANDIS M. Phoenix Mars Scout parachute flight behavior and observations［C］∥2011 IEEE Aerospace Conference. Piscataway： IEEE Press， 2011： 1-8.
4	CRUZ J R， WAY D W， SHIDNER J D， et al. Reconstruction of the Mars science laboratory parachute performance［J］. Journal of Spacecraft and Rockets， 2014， 51（4）： 1185-1196.
5	STEINBERG S Y， SIEMERS P M III， SLAYMAN R G. Velopment of the Viking parachute configuration by wind-tunnel investigation［J］. Journal of Spacecraft and Rockets， 1974， 11（2）： 101-107.
6	李健，房冠辉，吕智慧，等. 天问一号火星探测器伞系减速分系统设计与验证［J］. 中国科学：技术科学， 2022， 52（2）： 264-277.
	LI J， FANG G H， LÜ Z H， et al. Design and verification of parachute deceleration subsystem of Tianwen-1 Mars probe［J］. Scientia Sinica （Technologica）， 2022， 52（2）： 264-277 （in Chinese）.
7	荣伟，高树义，李健，等. 神舟飞船降落伞系统减速策略及其可靠性验证［J］. 中国科学：技术科学， 2014， 44（3）： 251-260.
	RONG W， GAO S Y， LI J， et al. The deceleration strategy and reliability validation of the parachute system on the Shenzhou spacecraft［J］. Scientia Sinica （Technologica）， 2014， 44（3）： 251-260 （in Chinese）.
8	PREISSER J S， GROW R B. High-altitude flight test of a reefed 12.2-meter-diameter disk-gap-band parachute with deployment at a Mach number of 2.58［R］. Washington， D.C.： NASA， 1971.
9	ECKSTROM C， BRANSCOME D R. High altitude flight test of a disk gap band parachute deployed behind a bluff body at a Mach number of 2.69［R］. Washington， D.C.： NASA， 1973.
10	WITKOWSKI A， KANDIS M. Reefing the Mars Science Laboratory parachute［C］∥2010 IEEE Aerospace Conference. Piscataway： IEEE Press， 2010： 1-6.
11	WITKOWSKI A， KANDIS M， REUTER J， et al. Design of subscale parachute models for MSL supersonic wind tunnel testing［C］∥Proceedings of the 20th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar. Reston： AIAA， 2009.
12	贾贺，荣伟. ExoMars 2016火星探测计划进入、减速、着陆的验证任务分析［J］. 航天器工程， 2013， 22（4）： 109-115.
	JIA H， RONG W. Review and analysis of EDL demonstrator module of ExoMars 2016 mission［J］. Spacecraft Engineering， 2013， 22（4）： 109-115 （in Chinese）.
13	余莉. 气动减速技术［M］. 北京：科学出版社， 2018.
	YU L. Aerodynamic deceleration technology［M］. Beijing： Science Press， 2018 （in Chinese）.
14	夏元清. 火星探测器进入、下降与着陆过程的导航、制导与控制—“恐怖”七分钟［M］. 北京：科学出版社， 2017：34-38.
	XIA Y Q. Navigation， guidance and control of Mars rover entry， descent and landing—seven minutes of terror［M］. Beijing： Science Press， 2017：34-38 （in Chinese）.
15	HALL N. Mars atmosphere model［EB/OL］. （2021-05-13）［2021-07-27］. .
16	刘凯欣，王景焘，王刚，等. 时-空守恒元解元（CE/SE）方法综述［J］. 力学进展， 2011， 41（4）： 447-461.
	LIU K X， WANG J T， WANG G， et al. A review on the CE/SE method［J］. Advances in Mechanics， 2011， 41（4）： 447-461 （in Chinese）.
17	CHANG S C. The method of space-time conservation element and solution element—a new approach for solving the Navier-Stokes and Euler equations［J］. Journal of Computational Physics， 1995， 119（2）： 295-324.
18	CHANG S C， WANG X Y， CHOW C Y. The space-time conservation element and solution element method： A new high-resolution and genuinely multidimensional paradigm for solving conservation laws［J］. Journal of Computational Physics， 1999， 156（1）： 89-136.
19	刘海涛，徐建中. 求解Euler方程的空间—时间守恒格式［J］. 工程热物理学报， 1997， 18（3）： 294-299.
	LIU H T， XU J Z. A space-time conservation scheme for solving the two-dimensional Euler equations［J］. Journal of Engineering Thermophysics， 1997， 18（3）： 294-299 （in Chinese）.
20	张德良，谢巍，郭长铭，等. 气相爆轰胞格结构和马赫反射数值模拟［J］. 爆炸与冲击， 2001， 21（3）： 161-167.
	ZHANG D L， XIE W， GUO C M， et al. Numerical simulation of cellar structures and Mach reflection of gaseous detonation waves［J］. Explosion and Shock Waves， 2001， 21（3）： 161-167 （in Chinese）.
21	张增产，沈孟育. 改进的时空守恒元和解元方法［J］. 清华大学学报（自然科学版）， 1997， 37（8）： 67-70.
	ZHANG Z C， SHEN M Y. Improved space-time conservation element and solution element method［J］. Journal of Tsinghua University （Science and Technology）， 1997， 37（8）： 67-70 （in Chinese）.
22	辛春亮，朱星宇，王凯，等. LS-DYNA有限元建模、分析和优化设计［M］. 北京：清华大学出版社， 2022.
	XIN C L， ZHU X Y， WANG K， et al. LS-DYNA finite element modeling， analysis and optimization design［M］. Beijing： Tsinghua University Press， 2022 （in Chinese）.
23	SOTIROPOULOS F， YANG X L. Immersed boundary methods for simulating fluid-structure interaction［J］. Progress in Aerospace Sciences， 2014， 65： 1-21.
24	杨璐瑜，张红英，陆伟伟，等. 盘缝带伞超声速开伞过程研究［J］. 航天返回与遥感， 2016， 37（3）： 29-38.
	YANG L Y， ZHANG H Y， LU W W， et al. Study on the deployment of disk-gap-band parachute in supersonic flow［J］. Spacecraft Recovery & Remote Sensing， 2016， 37（3）： 29-38 （in Chinese）.
25	杨璐瑜，陆伟伟，张红英，等. 速度对火星用盘缝带伞超声速开伞性能影响［J］. 航空计算技术， 2016， 46（5）： 34-37.
	YANG L Y， LU W W， ZHANG H Y， et al. Effect of velocity on performance of Mars disk-gap-band parachutes in supersonic flow［J］. Aeronautical Computing Technique， 2016， 46（5）： 34-37 （in Chinese）.
26	王祁，曹义华. 盘-缝-带伞超声速充气过程仿真研究［J］. 航天返回与遥感， 2018， 39（1）： 35-44.
	WANG Q， CAO Y H. Study on the simulation of the inflating process of disk-gap-band parachute in supersonic flow［J］. Spacecraft Recovery & Remote Sensing， 2018， 39（1）： 35-44 （in Chinese）.
27	ADAMS D， RIVELLINI T. Mars science laboratory’s parachute qualification Approach［C］∥20th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar. Reston： AIAA， 2009.
28	SONNEVELDT B S， CLARK I G， O’FARRELL C. Summary of the advanced supersonic parachute inflation research experiments （ASPIRE） sounding rocket tests with a disk-gap-band parachute［C］∥Proceedings of the AIAA Aviation 2019 Forum. Reston： AIAA， 2019.
29	CLINTON V E， JOHN S P. Flight test of a 40 foot nominal diameter disk-gap-band parachute deployed at a Mach number of 2.72 and a dynamic pressure of 9.7 pounds per square foot［R］. Washington， D.C.： NASA， 1968.

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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

马赫数	收口方式	收口比
1.6	带收口	30%、40%、50%
1.6	盘收口	30%、40%、50%
1.8	带收口	30%、35%、40%、50%
1.8	盘收口	30%、35%、40%、50%

马赫数	来流速度/（m·s^-1）	静压/Pa	密度/（kg·m^-3）	温度/K
1.6	381.54	332.10	0.007 47	231.39
1.8	429.13	330.56	0.007 44	231.28

单位长度/m	阻力系数	与0.02 m网格的阻力系数误差/%
0.05	0.584	6.71
0.04	0.612	2.16
0.03	0.627	0.169
0.02	0.626

参数	投影面积比/%	阻力系数比/%
误差	5.2	4.6
空投试验结果	50.0	39.4
数值模拟结果	52.6	37.6

参数		不收口降落伞	带收口降落伞
参数		不收口降落伞	30%收口比	35%收口比	40%收口比
投影面积半径/m	N1点位	0.172 9	0.164 1	0.166 8	0.167 6
	N2点位	0.192 3	0.169 9	0.174 4	0.179 5
	N3点位	0.206 3	0.164 4	0.173 6	0.181 0
	N4点位	0.223 2	0.148 5	0.162 9	0.178 0
	N5点位	0.233 6	收口绳位	收口绳位	收口绳位
与名义直径的比值/%	N1点位	42.54	40.37	41.04	41.22
	N2点位	47.31	41.79	42.91	44.15
	N3点位	50.76	40.43	42.70	44.52
	N4点位	54.91	36.55	40.07	43.78
	N5点位	57.46

超声速下盘缝带伞不同收口方式的气动特性

Aerodynamic characteristics of supersonic disk-gap-band parachute with different reefing ways

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[1]	刘为佳, 李映坤, 陈雄, 李春雷. 基于流固耦合的激波/边界层干扰作用下壁板颤振特性[J]. 航空学报, 2023, 44(6): 127085-127085.
[2]	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): 226936-226936.
[3]	刘畅, 张耘隆, 闫指江, 赵磊, 季辰. 锤头体火箭弹性模型脉动压力风洞试验[J]. 航空学报, 2023, 44(23): 128384-128384.
[4]	罗剑桥, 解春雷, 金泽华, 孟军辉. 跨介质飞行器近水面滑跳流固耦合仿真及可滑跳区域研究[J]. 航空学报, 2023, 44(21): 528632-528632.
[5]	张永杰, 崔博, 王明振, 张楚哲, 罗琳胤, 陈向明, 刘小川. 水陆两栖飞机着水试验与理论分析方法研究进展[J]. 航空学报, 2023, 44(21): 528665-528665.
[6]	李秋琳, 周莉, 孙鹏, 史经纬, 王占学. 出口宽高比对S弯喷管流固耦合特性影响[J]. 航空学报, 2023, 44(14): 628204-628204.
[7]	汪博, 高培鑫, 马辉, 孙伟, 林君哲, 李晖, 韩清凯, 刘中华. 航空发动机管路系统动力学特性综述[J]. 航空学报, 2022, 43(5): 25332-025332.
[8]	童明波, 陈吉昌, 李乐, 肖天航, 古彪, 董登科, 汪正中. 飞行器水载荷结构完整性数值模拟现状与展望-Part I:水上迫降和水上漂浮[J]. 航空学报, 2021, 42(5): 524530-524530.
[9]	赵欢, 焦忠泽, 孙丹, 刘永泉, 战鹏, 信琦. 多级刷式密封级间压降分配影响因素数值与实验研究[J]. 航空学报, 2020, 41(10): 123544-123544.
[10]	胡文刚, 林长亮, 王刚, 门坤发. 多欧拉域耦合法在平尾鸟撞中的应用[J]. 航空学报, 2020, 41(1): 222860-222860.
[11]	邱滋华, 徐敏, 张斌, 梁春雷. 适用于涡激振荡问题研究的并行高精度方法[J]. 航空学报, 2019, 40(3): 122483-122483.
[12]	杨尚霖, 陈晓峰, 杜发喜, 雷忠琦, 姚小虎. 机动行为下飞机油箱晃动流固耦合动力学分析[J]. 航空学报, 2019, 40(3): 222471-222471.
[13]	黄江涛, 周铸, 刘刚, 高正红, 黄勇, 王运涛. 飞行器气动/结构多学科延迟耦合伴随系统数值研究[J]. 航空学报, 2018, 39(5): 121731-121731.
[14]	张伟伟, 高弈奇, 全金楼, 苏丹. 失谐叶栅的受迫振动响应特性分析[J]. 航空学报, 2017, 38(9): 521018-521018.
[15]	张帆, 郑津洋, 马利. 内压作用下的航空轮胎爆破碎片动力响应[J]. 航空学报, 2017, 38(8): 221032-221032.