● 摘要
降落伞工作过程中外部流场与柔性伞衣存在明显的流固耦合现象，对这一现象进行专门的研究具有重要的科研和实用价值。本文首先对锥形伞开伞过程的流固耦合现象展开数值仿真研究。根据锥形伞的结构特点建立了多结点模型，引入准定常假设，利用Fluent软件获得选定时刻的伞衣表面压力分布，结合对多结点模型动力学方程组的解算程序，对锥形伞开伞过程伞衣结构变化进行动态仿真，得到锥形伞外形和速度的变化。然后，对不带气室翼伞和带气室翼伞的气动特性和结构变形进行三维数值模拟，分析气室对翼伞气动特性和结构变形的影响。流场方面，采用有限体积法求解N-S控制方程，选用SST 湍流模型；结构方面，假定翼伞有初始形状，使用插值方法映射传递流固交界面的压力数据，通过ANSYS计算翼伞伞衣的气动变形。结果表明：气室对阻力影响不大，对升力的影响主要表现在大迎角情况下；翼伞柔性和尺寸大小对其有利迎角的范围影响不大；翼伞的气动变形和最大主应力主要集中在气室中前部分，带气室翼伞由于有肋片加强的缘故，伞衣气动变形较小，一定程度上保证了翼伞的气动特性。最后提出了两种可适用于降落伞充气过程视景仿真的方法，根据这两种方法，利用三维仿真驱动引擎OpenSceneGraph和OpenGL分别对平面圆形伞和十字伞的充气过程进行了仿真。