[發明專利]一種暴雨天氣下降落傘性能分析方法

有效

• 申請號: 201610065068.7
• 申請日: 2016-01-31
• 公開（公告）號: CN105740542B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 程涵;劉峰;龍江;魏麟;羅立;陳志超;賴安卿;劉小涵;侯寬新;周蜜
• 申請（專利權）人: 中國民用航空飛行學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公開了一種暴雨天氣下降落傘性能分析方法，該方法首先建立充滿后降落傘網格；其次根據試驗觀測數據，建立單個雨滴SPH粒子模型；再后根據實測雨滴場濃度，通過陣列建立雨滴場；再次建立空氣流場網格；再次對降落傘網格、空氣流場網格和雨滴場模型進行裝配，設定邊界和初始條件；再次分別采用ALE方法和SPH方法對空氣流場和雨滴場進行計算，空氣?傘衣耦合和雨滴?傘衣接觸均采用基于罰函數的接觸算法進行計算；最后對計算結果進行分析。本發明方法可以分析暴雨天氣下降落傘性能。

技術領域

本發明涉及一種暴雨天氣下降落傘性能分析方法，屬于航空救生技術領域。

背景技術

降落傘是重要的航空救生或氣動減速裝備，而降落傘設計或研究主要都是以理想氣候條件作為前提。然而實際工程中，降落傘難免需要在惡劣環境下工作，比如戰時空投物資或人員，而惡劣天氣如暴雨天氣將對降落傘工作性能產生重要的影響。由于試驗手段的限制，暴雨天氣下降落傘性能分析一直是一個難點。

而現有數值方法也很難進行分析，這是因為空氣流場和單個雨滴(細觀層面)屬于歐拉描述的范疇，而雨滴場(宏觀層面)又屬于拉格朗日描述的范疇，現有數值模型很難同時描述空氣流場和雨滴場。

當前，工程中使用較多的ALE(Arbitrary Eulerian-Lagrangian)方法(可以參考：程涵，余莉，李勝全.基于ALE的降落傘充氣過程數值仿真.南京航空航天大學學報,2012,44(3):290-293.)僅能分析流場對降落傘工作過程影響。而SPH(Smoothed ParticleHydrodynamics)方法作為一種無網格方法具有傳統網格方法所沒有的優點，由于SPH近似方法的自適應性質，SPH公式構造不受粒子分布的隨意性所影響，在細觀層面可以模擬雨滴中液體的流動，而宏觀層面又可以表現出雨滴場的離散性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種暴雨天氣下降落傘性能分析方法，采用SPH粒子建立雨滴場，降落傘穩降過程中空氣與傘衣的耦合采用ALE方法，即采用兩種模型分別模擬不同流體，但無論是雨滴—傘衣接觸還是空氣—傘衣耦合均采用基于罰函數的接觸算法進行計算，解決現有方法無法同時模擬空氣流場和雨滴場的問題。本發明首次分析了暴雨天氣下降落傘工作性能，為降落傘的設計和研究提供了一個全新的方法，對實際工程應用具有非常重要的參考意義。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發明提供一種暴雨天氣下降落傘性能分析方法，該方法包括以下具體步驟：

步驟一：采用顯式動力學方法，獲得完全展開狀態的降落傘網格；

步驟二：建立單個球狀雨滴SPH粒子模型，其中，球狀雨滴的直徑為實測雨滴平均質量加權平均直徑；

步驟三：根據實測雨滴濃度，通過陣列方法，建立雨滴場模型；

步驟四：采用六面體有限元網格，建立空氣流場網格；

步驟五：將降落傘網格、雨滴場和空氣流場網格進行裝配，其中，雨滴場位于傘頂正上方；在空氣流場底部設定速度入口邊界，速度值為降落傘穩降速度，空氣流場頂部設為壓力出口邊界，空氣流場的其余壁面為無反射邊界；雨滴場施加相對速度，相對速度值為雨滴最終穩定速度和降落傘穩降速度之差；

步驟六：分別采用ALE方法和SPH方法對空氣流場和雨滴場進行計算，空氣-傘衣耦合與雨滴-傘衣耦合均采用基于罰函數的接觸算法進行計算；

步驟七：根據步驟六的計算結果對降落傘性能進行分析。

作為本發明的進一步方案，步驟五中將降落傘網格、雨滴場和空氣流場網格進行裝配，具體為：雨滴場粒子與空氣流場網格相互穿插，降落傘網格與空氣流場網格相互穿插，雨滴場位于傘頂正上方。