机械展开式减速器气动特性与瞬态温度场数值模拟分析

摘要

可展开式气动减速器以其独特的结构形式可以实现气动面在发射时收拢、进入时展开等功能，克服传统进入航天器气动面尺寸受火箭包络约束的缺点，在未来深空探测领域具有广泛的应用前景。本文设计了一种基于火星探测的机械展开式气动减速器结构方案，用于大质量探测器进入过程的高效气动减速。并针对该方案，对减速器进入时的气动特性、结构受力特性和热防护系统的瞬态温度场等方面进行数值分析。 针对减速器进入时的超声速减速问题，本文基于计算流体力学方法对减速器进入时的气动特性进行了数值计算，分析了减速器进入时的流场气动特性；研究了马赫数、攻角等参数对减速器进入时的气动压力、温度分布的影响。 采用有限元方法对减速器的结构静、动力学特性进行了数值分析。研究了减速器在初始预紧力和气动压力载荷作用下的结构变形和受力特性；计算了减速器结构固有振动特性，并着重研究了气动载荷对减速器结构固有特性的影响规律。 基于展开式减速器气动阻力面的热防护问题，本文对气动热作用下减速器热防护系统的瞬态温度场进行了数值模拟，分析了减速器热防护系统在气动热作用下的瞬态温度响应，并进一步研究了隔热层材料密度、热导率系数、比热容等参数对减速器柔性TPS蒙皮热防护性能的影响。以上研究可为机械展开式减速器的方案选型、结构设计、热防护系统设计提供参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 展开式减速器的发展历史

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题研究的内容

2 机械展开式减速器结构设计

2.1 引言

2.2 机械展开式减速器的技术要求

2.2 结构总体设计

2.3 气动外形选择

2.4 机械展开式减速器各零部件设计

2.5 本章小结

3 机械展开式减速器气动特性分析

3.1 引言

3.2计算流体力学基本理论

3.3 机械展开式减速器计算模型

3.4 数值计算结果分析

3.5 本章小结

4 展开式减速器静动力学特性分析

4.1 引言

4.2 展开式减速器有限元模型

4.3 展开式减速器结构静力学特性分析

4.4 展开式减速器结构动力学特性分析

4.5 本章小结

5 展开式减速器热防护系统温度场数值模拟

5.1 引言

5.2 TPS热传导分析

5.3 展开式减速器热防护系统瞬态温度场分析

5.4 隔热层材料参数对TPS温度场的影响

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢