充气式减速器气动特性与瞬态温度场数值模拟分析

摘要

充气式减速器具有重量轻、收拢体积小、展开阻力面积大和气动热小等优点，可由充气展开柔性阻力面产生的气动阻力实现减速，并由减速器外表面的柔性耐高温材料形成防热层抵御气动减速过程中由气动热导致的高温。充气式减速器再入飞行过程中，产生气动力和气动热问题、以及气动力作用在柔性充气结构上的受力特性与气动热作用在防热层上的热传导问题。这些问题的解决可为充气式减速器的可靠减速提供一定的参考依据。
　　针对充气式减速器的高超声速减速问题，本文建立了减速器再入过程中的流场分析模型，通过气流控制方程确定了高超声速流场数值分析计算方法，研究了减速器高超声速下的流场特性。其次，针对减速器不同飞行工况，包括无攻角与有攻角飞行，通过采用非结构化贴体边界层网格分析了气动特性参数并验证计算准确性；对比分析了不同再入速度时，充气展开阻力面受到的气动阻力和温度变化规律。归纳了减速器结构的半锥角对气动减速的影响规律。结合实际飞行工况时的大气环境参数，给出了减速器不同马赫数飞行中受到的气动阻力和由气动热引起的阻力面高温。最后，与文献中高超声速流场计算算例进行对比，验证本文计算的正确性。
　　基于充气式减速器结构的几何非线性求解方法，研究了充气式减速器在气动力载荷作用下的受力特性。首先，基于几何非线性理论，建立了充气式减速器的有限元分析模型，研究了充压作用下的几何非线性变形以及不同绑带和圆环的受力特性；分析了再入飞行时气动载荷作用下，充气式减速器构件的受力特性。最后，给出了充气压力、结构参数对充气式减速器绑带以及圆环的受力特性影响规律。以上研究工作可为充气式减速器的充压展开大变形以及飞行中受力分析提供参考依据。
　　针对充气式减速器外层防热层的热防护问题，本文分析了减速器防热层瞬态温度场，研究了材料参数对充气式减速器防热层的影响规律。首先，建立了防热层的热分析模型。其次，采用瞬时温度场的分析方法，研究了充气式减速器防热层的防热性能。最后，分析了不同材料参数对防热性能产生的影响。以上研究可以为充气式减速器的防热层设计提供参考。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 充气式减速器结构设计

1.3 充气式减速器研究进展

1.4 本文研究的主要内容

第2章 充气式减速器气动特性分析

2.1 引言

2.2 充气式减速器流场分析模型

2.3 充气式减速器气动特性分析

2.4 算例验证

2.5 本章小结

第3章 充气式减速器受力特性分析

3.1 引言

3.2 充气式减速器构成

3.3 充气式减速器有限元模型

3.4 充气式减速器受力特性分析

3.5 结构参数对充气式减速器受力特性的影响分析

3.6 本章小结

第4章 充气式减速器防热层瞬态温度场分析

4.1 引言

4.2 充气式减速器热传导分析

4.3 充气式减速器防热层瞬态温度场分析

4.4 不同铺层参数对瞬态温度场分布影响

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位论文期间发表的学术论文

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