航天返回舱入水砰击载荷特性研究

发布时间：2023-10-06 11:13

　　航天返回舱砰击入水所引起的瞬间砰击力将导致返回舱舱体局部结构变形,严重情况下将在极短时间内造成结构整体失效甚至崩溃,这会对返回舱舱体以及舱内的宇航员产生较大的危害。因此对航天返回舱入水砰击载荷特性加以研究具有重要理论意义和工程应用价值。论文在较为全面回顾和总结国内外研究现状及其研究方法的基础上,基于计算流体动力学(Computaional Fluid Dynamics,简称CFD)技术对返回舱入水过程进行了数值研究。论文的具体工作和主要研究成果如下:(1)以商业流体计算软件ANSYS17.2为平台,结合有限体积法与动网格技术,采用速度边界造波法和阻尼消波技术,引入自由表面运动处理技术VOF法,建立了满足精度要求的数值波浪水池。(2)在返回舱入水砰击验证中,本文数值方法的计算结果与试验值吻合较好,验证了本文数值方法计算返回舱入水砰击的有效性。对比了相同条件下返回舱进入静水与波浪的砰击压力差别。返回舱在静水中的砰击压力极值大于在波浪中的砰击压力极值,但是在波浪中的砰击压力极值持续时间要大于在静水中。(3)针对返回舱砰击入水过程开展了三维数值模拟研究,主要研究返回舱的运动参数包括入水速度、质...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 理论发展
        1.2.2 模型试验
        1.2.3 数值研究
        1.2.4 尚需开展的工作
    1.3 本文的主要工作
第2章 返回舱入水砰击数值模拟理论基础
    2.1 流体运动定解条件
        2.1.1 流体运动控制方程
        2.1.2 边界条件和初始条件
        2.1.3 湍流模型
    2.2 数值求解方法
        2.2.1 控制方程的离散
        2.2.2 流场迭代求解方法
        2.2.3 自由液面跟踪法
        2.2.4 动网格技术
    2.3 流固耦合实现方法
        2.3.1 流固耦合系统中的数学模型
        2.3.2 双向流固耦合流程
    2.4 本章小结
第3章 刚性返回舱在静水与波浪中入水验证
    3.1 数值建模
        3.1.1 结构模型的建立
        3.1.2 流场网格划分与收敛性分析
    3.2 计算方法的验证
        3.2.1 问题描述
        3.2.2 计算结果分析
    3.3 三维波浪数值水池的建立
        3.3.1 规则波理论
        3.3.2 数值水池
        3.3.3 消波设置
        3.3.4 水池计算结果及分析
        3.3.5 返回舱入水结果及分析
    3.4 本章小结
第4章 刚性返回舱在波浪中砰击入水数值研究
    4.1 入水速度对砰击压力的影响
        4.1.1 入水速度的变化
        4.1.2 加速度的变化
        4.1.3 入水速度对流体动力特性及运动特性影响
    4.2 质量对返回舱砰击入水过程的影响
        4.2.1 质量对砰击压力的影响
        4.2.2 质量对返回舱运动特性影响
    4.3 入水角度对返回舱砰击入水过程的影响
        4.3.1 入水角度对砰击压力的影响
        4.3.2 入水角度对返回舱运动特性影响
    4.4 浪相对返回舱砰击入水过程的影响
        4.4.1 一个典型波浪相位的分析
        4.4.2 全部波浪相位的影响分析
    4.5 本章小结
第5章 弹性返回舱在波浪中砰击入水数值研究
    5.1 弹性返回舱砰击入水的过程分析
        5.1.1 弹性计算软件设置
        5.1.2 计算参数与耦合模块设置
        5.1.3 计算求解动网格设置
    5.2 弹性返回舱入水砰击压力
    5.3 弹性返回舱与刚性返回舱入水砰击压力的比较
    5.4 弹性返回舱入水砰击应力应变分析
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3851745