基于多孔介质模型的柔性透气伞衣流-固耦合技术研究

透气性是降落伞伞衣织物的重要指标之一，降落伞的气动特性很大程度上是由伞衣织物的透气性决定的。本项目将多孔介质模型（Porous Media Model）应用于降落伞伞衣织物透气性模拟中，研究织物透气性对整个开伞过程的影响，并对结果进行实验验证。具体思路是：采用多孔介质模型来模拟伞衣的透气性，该模型在确定气流和伞衣之间的相对穿透速度时使用达西定律(Darcy's Law)，即穿透速度正比于伞衣两侧的压差；在此基础上将多孔介质模型与适用于快速大形变的AMIOM计算方法结合，将达西定律耦合进AMIOM方法的动量方程，以此建立柔性透气体展开过程的流-固耦合数学模型，且使之适用于降落伞开伞全过程的数值模拟；通过风洞试验对降落伞开伞动载、阻力系数等各项性能参数进行测量，以验证计算结果。最后分析织物透气性对降落伞气动性能参数和开伞过程的影响，为提高降落伞的开伞可靠性和稳定性提供理论依据。

透气性是降落伞伞衣织物的重要指标之一，降落伞的气动特性很大程度上是由伞衣织物的透气性决定的。本项目将多孔介质模型（Porous Media Model）应用于降落伞伞衣织物透气性模拟中，研究织物透气性对整个开伞过程的影响。对织物透气性参数，给出了一种只需单组压差-透气量数据的伞衣织物透气性参数估计方法，并由该方法计算得到了常见伞衣材料的Ergun透气性参数，并根据实际织物透气性测试的原理提出了一种更为合理的流固耦合计算模型。将该模型应用于资料上常见的C-9伞和我国航天回收常用伞型——大面积环帆伞的充气过程仿真计算，研究透气性对降落伞性能的影响。同时将该数学模型应用于群伞充气过程的数值模拟，在国内首次对群伞的充气过程进行了仿真计算，为实现探月工程回收系统的优化设计，提高群伞使用安全性奠定基础。该研究成果填补了国内研究空白，解决了两项复杂的关键技术，获得国家发明专利一项，申请国防专利一项。其关键技术获得国防科学技术进步二等奖。