火星低密度大气条件下超声速降落伞充气过程研究

摘要

降落伞充气过程是火星探测器着陆过程中最为关键的环节，该文推导建立了考虑火星稀薄大气环境、超声速工作条件的降落伞充气过程计算流体动力学和结构动力学模型，流场求解采用可压缩流场模型，结构动力学采用伞系统多节点质量阻尼弹簧模型，通过计算得到某时间节点处的流场，将该流场中的压力数据引入伞系统质量阻尼弹簧模型，从而获得下一时间节点的伞衣形状，最后得到充气过程中伞衣形状和流场之间的动态关系，从而模拟了在这种条件下的降落伞充气过程。将仿真计算结果与飞行试验结果进行对比分析，两者的一致性很好，证明了所建立的数学模型的正确性。研究表明：开伞动载达到峰值后有明显的振动，振动频率只与降落伞自身特性有关；伞衣张开的速度呈现出先慢后快的特点；在初始速度相同的情况下，随着大气密度的增加，开伞动载峰值增大；在初始动压相同的情况下，随着大气密度的增加，开伞动载峰值减小。

关键词

火星 / 降落伞 / 低密度 / 低动压 / 超声速 / 充气

基金资助

东华大学纤维材料改性国家重点实验室开放课题(KF2304)