充气式再入减速器动态气动载荷与结构特性研究

发布时间：2021-06-27 07:21

　　针对充气式再入减速器在动态飞行环境下的结构特性变化问题,提出一种基于飞行轨迹参数的CFD动态边界条件加载方法,有效实现了飞行动力学与空气动力学之间的耦合。同时,建立考虑内充压气体热效应的流固耦合模型,较已有方法更全面地考虑了结构变形对流场的影响以及内充压气体状态参数的改变,突破了现有研究中未能完整考虑温度对结构特性影响的局限。利用此模型着重对比了再入过程中气动力与气动热对结构应力及一阶固频的影响,并研究了尺寸变化对结构特性的影响规律。研究发现单独考虑气动力与气动热作用时,结构最大应力分别升高至39.6 MPa与33.5 MPa,而适当减小半锥角和增多气囊数目有利于减小结构应力。本文研究为充气式再入减速器的强度校核及优化设计提供了有价值的参考。 

【文章来源】：宇航学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

图1 分析流程图

充气式再入减速器的几何模型选取美国IRVE飞行器[10],结构如图2所示。七层气囊独立充气以提供刚性,气囊之间通过隔层连接以增加结构强度,蒙皮包裹在气囊外部以形成稳定的气动外形。柔性薄膜材料选择凯夫拉(Kevlar)纤维膜,该材料密度为1440 kg/m3,杨氏模量131 GPa,泊松比0.35。图3展示了充气式再入减速器的结构有限元模型,采用shell 181四节点面单元,网格数10万。图4是流体域网格模型的剖面图,采用混合网格进行划分,总网格800万。

充气式再入减速器通过热防护系统(Thermal protection system, TPS)抵御巨大的热载荷,从外到内分为防热层、绝热层和气密层,分别用以承受热流、隔绝热流和防止气体泄漏,如图5所示。本文采用solid 45单元建立各功能层的热力学模型。图4 CFD模型

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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[2]升力式航天器再入弹道设计与制导方法研究[D]. 郑凤麒.中国空气动力研究与发展中心 2013
[3]充气式返回飞行器的结构动态特性分析[D]. 许家裕.哈尔滨工业大学 2012



本文编号：3252399