整流罩地面分离试验流固耦合分析与数值模拟

摘要

随着航天技术的不断发展，研制运载火箭技术成为必然，其中运载火箭整流罩的分离技术是一项技术关键，而地面分离试验是其分离研制过程的一个重要阶段。本文以某运载火箭研制为背景，从理论上分析了整流罩地面分离试验的动力学特性及气动阻力作用，并借助商业软件进行了仿真计算。
　　本文根据整流罩的结构特征，对其分离试验过程中的动力学特性进行了理论分析，并利用Lagrange乘子法建立了挠性整流罩分离动力学模型。基于该模型，借助ADAMS软件对整流罩的分离过程进行了仿真，初步得出不计气动作用时整流罩的分离过程及相关特性。
　　由于整流罩的结构尺寸较大，进行地面分离试验时，需要分析周围大气对其分离过程的阻碍作用，以确保地面分离试验与外太空真实分离过程的相似性。本文从气动理论出发，分析了大气阻力的作用机理，建立了整流罩地面分离试验的气动模型。基于该模型，以不计气动阻力作用时整流罩分离过程的运动特性为初始条件，采用弹簧光顺与局部重划相结合的非结构动网格，以及基于有限体积思想的SIMPLE算法，利用商业软件Fluent仿真计算了其分离过程周围大气的阻力作用。
　　将气动作用耦合到动力学仿真分析过程，对流固耦合作用下整流罩分离过程进行了仿真计算。将流固耦合分析的结果，与不考虑气动作用时分离过程的分析结果进行比较，可以分析气动力对分离过程的影响，从而更精确地数值模拟整流罩地面分离试验过程，为地面真实分离试验提供理论参考。

目录

整流罩地面分离试验流固耦合分析与数值模拟

FlUID-STRUCTURE INTERACTION ANALYSIS OF THE SEPARATING OF FAIRINGS ON GROUND AND NUMERICAL SIMULATION

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 计算流体力学及网格技术的发展

1.4 流固耦合发展

1.5 本文的工作

第2章 整流罩地面分离动力学及气动特性

2.1 分离模型

2.2 整流罩分离过程及动力学特性

2.3 地面分离过程中气动作用

2.4 本章小结

第3章 挠性整流罩分离动力学模型

3.1 坐标系选取和质点位置、速度描述

3.2 系统动能描述

3.3 弹性体的势能和耗散能

3.4 动力学方程的建立

3.5 本章小结

第4章 非结构动网格的生成

4.1 阵面推进法生成非结构网格

4.2 非结构动网格

4.3 本章小结

第5章 流动数值计算

5.1 N-S流动控制方程

5.2 控制方程离散

5.3 基于SIMPLE的数值计算方法

5.4 湍流模型

5.5 本章小结

第6章 仿真计算

6.1 不计气动力作用展开动力学仿真

6.2 FLUENT气动仿真

6.3 耦合计算仿真

6.4 本章小结

结论

参考文献

附录

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致谢