返回舱着水冲击过载近似模型建模与分析

摘要

返回舱着水是一个固、液、气相互作用的流固耦合过程,采用数值方法能够较准确地求解着水冲击过载,但其对计算时间和资源要求较高.针对这一问题,选择返回舱与海浪之间的相对运动参数为输入,返回舱质心过载峰值和到达峰值的时间为输出,采用拉丁超立方抽样(LHS)方法选择样本工况,以样本工况上的少量有限元计算结果为基础,采用克里金(Kriging)方法建立返回舱着水冲击过载的近似模型.采用近似模型计算20个检验工况下返回舱的着水冲击过载峰值,其相对于有限元模型计算结果的最大偏差在15m/s2以下,均方根偏差与平均偏差在7m/s2以下;对比近似模型和有限元模型5000次蒙特卡罗仿真的计算耗时,前者仅为后者的6.4％.偏差分析和效率对比表明:近似模型能够高效、准确地预测返回舱着水冲击过载峰值,可为安全着水初始条件设计、恶劣工况分析等提供一种有效的解决途径.