[發明專利]一種沖壓翼傘后緣偏轉過程流固耦合仿真方法及系統

在審

• 申請號: 202110747950.0
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113204911A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 高興龍;李志輝;張青斌;陳欽;高慶玉;符澄
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心設備設計與測試技術研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06T17/20
• 代理公司: 成都云縱知識產權代理事務所(普通合伙) 51316
• 代理人: 熊曦;陳婉鵑

本發明公開了一種沖壓翼傘后緣偏轉過程流固耦合仿真方法及系統，涉及流固耦合仿真領域，本發明研究了翼傘氣室充氣過程后緣偏轉狀態的鼓包現象和流固耦合動力學仿真方法，可以對翼傘氣室充氣過程的流固耦合動力學行為進行預測，觀察到流體和結構的三維變化過程。研究方法可以顯著提高精確空投系統的機動性，并作為可靠的仿真工具用于翼傘精確空投系統的設計分析。

技術領域

本發明涉及流固耦合仿真領域，具體地，涉及一種沖壓翼傘后緣偏轉過程流固耦合仿真方法及系統。

背景技術

翼傘是一種雙層結構的柔性矩形翼，上、下翼面用翼型的肋幅分隔成若干氣室，其中，氣室處于鼓包狀態指氣室中充滿氣體時的狀態。沖壓翼傘飛行過程通過拉偏后緣實現機動轉彎和雀降等操縱動作，涉及到柔性織物結構與氣動力的耦合作用過程。上翼面主要承受氣動力，下翼面承受開傘沖擊力，下翼面的局部破損不會引起整個翼傘氣動性能的破壞。傘衣由透氣量極低的抗撕錦絲綢制成，翼型前緣開口，在前進飛行中形成“沖壓空氣”，維持氣室的內壓以保持翼型。與傳統降落傘相比，翼傘系統的最大優勢在于可操縱性，操控機理和飛行動力學與控制的研究也是翼傘回收系統應用的關鍵技術和熱點問題。

翼傘工作過程是典型的氣動彈性問題，為非線性系統，且涉及到傘衣結構與氣動壓力的相互作用，其流固耦合過程的求解作為降落傘研究領域的難點問題一直備受人們關注。這主要因為：傘衣作為柔性織物，具有大變形結構的非線性力學行為；傘衣周圍流場氣動力分布復雜多變；傘衣與流場具有強耦合作用，不易于求解，開傘性能更難以準確預測。

目前國內外專門針對翼傘的流固耦合過程動力學機理還缺乏十分深入廣泛的研究。主要基于傳統降落傘的流固耦合研究基礎，采用完全試驗法、半試驗半理論法和完全理論法三種手段進行研究。缺乏專門針對翼傘后緣偏轉動態過程的三維仿真，對操縱過程的非定場流動現象和結構響應缺乏有效的仿真技術手段進行預測。

發明內容

針對現有技術中缺乏對翼傘后緣偏轉過程流固耦合仿真的技術問題，本發明提供了一種沖壓翼傘后緣偏轉過程流固耦合仿真方法及系統。

為實現上述目的，本發明提供了一種沖壓翼傘后緣偏轉過程流固耦合仿真方法，所述方法包括：

對翼傘結構進行幾何建模，獲得所述翼傘結構的三維幾何外形，所述翼傘結構為展開狀態，且所述翼傘結構的氣室為鼓包狀態；

對所述三維幾何外形進行網格劃分，獲得網格劃分結果，基于所述網格劃分結果和傘衣織物的材料參數，獲得所述翼傘結構的第一網格模型；

基于所述翼傘結構的幾何參數，確定包裹所述第一網格模型的第一流體域的幾何參數；

基于所述第一網格模型的殼單元網格尺寸，設置所述第一流體域邊線網格點的第一特征參數，基于所述第一特征參數生成所述第一流體域的第二網格模型；

基于所述第一網格模型和所述第二網格模型生成流固耦合網格模型；

基于所述流固耦合網格模型、所述材料參數、所述第一流體域的邊界條件、所述翼傘結構的約束參數、所述翼傘結構的載荷條件和流固耦合求解相關參數進行所述翼傘結構的周圍氣場與所述翼傘結構的流固耦合仿真。

其中，本方法通過對翼傘結構進行幾何建模，獲得翼傘結構的第一網格模型，并生成第一流體域的第二網格模型，通過上述兩個模型確定了流固耦合網格模型，然后將相應的參數和模型輸入到仿真軟件或設備中實現了沖壓翼傘后緣偏轉過程流固耦合仿真。

其中，材料參數為傘衣織物材料參數，包括織物材料密度、彈性模量和泊松比；第一流體域的邊界條件包括：第一流體域的邊界條件包括：入口處為來流速度邊界、其余邊界均設置為無反射邊界條件；翼傘結構的約束為在翼傘前緣切口處的節點施加全約束；翼傘結構的載荷條件為：在翼傘結構的翼傘后緣位置施加下拉的載荷曲線；流固耦合求解相關參數包括：翼傘結構和第一流體域節點之間的接觸罰函數剛度系數和求解時間，包括計算時間和質量縮放因子。

優選的，所述流固耦合仿真包括：