空间气囊在燃气作用下充气展开过程数值模拟

发布时间：2020-05-18 11:10

【摘要】：空间充气展开结构由柔性复合材料制成,具有重量轻、可折叠、发射体积小、成本低廉、工作可靠等优点,在诸多大型空间结构如空间天线、飞艇、太阳帆板、充气卫星等领域有广泛的应用前景。但是由于空间试验花费极高,地面试验条件下微重力和真空环境很难在较大空间内同时实现,很难模拟真实的空间环境,所以采用计算机对空间充气结构的展开过程进行数值模拟是非常必要的。本文以空间气囊在燃气作用下充气展开过程为研究对象,设计某空间气囊展开系统,对燃气发生器内弹道模型进行数值计算,得到燃烧室温度变化和喷口燃气的流量特性,并作为空间气囊充气展开的动力源,分别使用CV法和ALE法对空间气囊充气展开过程进行建模和仿真,获得了空间气囊充气展开过程中各项参数的变化规律。本文主要包含以下几个方面的研究内容:1.设计了气囊充气展开系统,编写经典内弹道程序,通过理论计算得到燃烧室内温度、压力、火药已燃百分数以及喷嘴的质量流量等数据,并将燃烧室温度曲线和喷嘴质量流量曲线作为气囊充气展开仿真的入口边界条件。2.建立气囊铺平和折叠模型,采用织物材料建立铺平气囊模型,采用系统自带的折叠工具对气囊进行折叠。同时,针对ALE法对气囊进行仿真计算时,建立了气囊外流场网格。3.将燃烧室温度和喷嘴质量流量曲线作为气囊充气展开仿真计算的边界条件,分别采用CV法和ALE法对平面气囊和折叠气囊展开过程进行仿真分析。4.进一步讨论燃气发生器特征参数变化对气囊展开过程的影响,计算得到燃气发生器不同装药量和喷嘴直径下的燃烧室温度和喷嘴质量流量曲线,并作为气囊充气展开仿真的入口边界条件,使用CV法对折叠气囊展开过程进行仿真,得到气囊展开过程应力、体积、动能、压力等参数,分析不同的装药量和喷嘴直径等燃气发生器的特征参数对气囊展开的影响。
【图文】：

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逡逑图１．１邋Ｅｃｈｏ丨充气卫星逦图１．２邋Ｅｃｈｏ邋Ｉ传送的图逡逑随着人类探索太空的步伐进一步加快，在很多空间应用领域，采用空间天线的方式逡逑来进行观测和通讯也越来越成为一种趋势，而空间天线的应用也朝着大口径发展，世界逡逑各国对空间天线的研宄也取得了很大的进展，出现了很多不同类型的空间天线，如刚柔逡逑耦合天线、柔性充气管展开天线、展开后自硬化天线等结构形式，对空间探测起到了很逡逑大的推动作用。逡逑８０年代中期，瑞士康特拉维斯公司研制成功了邋Ｌ波段１０ｍＸ邋１２ｍ充气式偏置反射逡逑器天线；１９８４年１２月１５日，苏联在其火星任务中使用了两个在金星大气中设置的充气逡逑式宇宙探测器维佳１号（Ｖｅｇａ－１），其直径达到３．４ｍ，实现了人类历史上第一次与彗星逡逑近距离相会。但是受限于气球材料和结构方面技术的原因

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逑图１．１邋Ｅｃｈｏ丨充气卫星逦图１．２邋Ｅｃｈｏ邋Ｉ传送的图逡逑随着人类探索太空的步伐进一步加快，，在很多空间应用领域，采用空间天线的方式逡逑来进行观测和通讯也越来越成为一种趋势，而空间天线的应用也朝着大口径发展，世界逡逑各国对空间天线的研宄也取得了很大的进展，出现了很多不同类型的空间天线，如刚柔逡逑耦合天线、柔性充气管展开天线、展开后自硬化天线等结构形式，对空间探测起到了很逡逑大的推动作用。逡逑８０年代中期，瑞士康特拉维斯公司研制成功了邋Ｌ波段１０ｍＸ邋１２ｍ充气式偏置反射逡逑器天线；１９８４年１２月１５日，苏联在其火星任务中使用了两个在金星大气中设置的充气逡逑式宇宙探测器维佳１号（Ｖｅｇａ－１），其直径达到３．４ｍ，实现了人类历史上第一次与彗星逡逑近距离相会。但是受限于气球材料和结构方面技术的原因
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V414

【参考文献】