头盔弹射出舱遭遇气流冲击过程的数值模拟研究

摘要

某新型头盔在弹射出舱试验时,由于受气流冲击作用,外盔遭撕裂破坏.该头盔内外盔之间存在较大的空腔,初步分析认为,弹射出舱时,外部高速气流通过缝隙(护目镜与氧气面罩之间、泄流孔等)冲入空腔,将可能产生较大冲击载荷.针对此特点,采取的求解策略为,首先求解定常N-S方程,模拟缝隙打开前头盔的外部流场;然后求解非定常N-S方程,模拟打开缝隙后外部高速气流冲击内外盔空腔的非定常过程,从而近似模拟头盔弹射出舱过中遭遇气流吹袭的瞬态过程.同时研究了来流速度、弹射高度以及迎角等因素对头盔遭遇气流冲击的影响,分析了内外盔遭受的动态载荷.研究结果表明:在高速气流冲击下,该头盔外盔侧边缘的瞬间内外压差达到0.6个大气压,且分布不均,可能是造成其被撕裂的主要原因.