折叠织物的新型建模方法及基于薄膜模型的降落伞开伞过程浸入边界技术

折叠降落伞开伞过程是复杂的流场/结构相互作用过程，降落伞工作可靠性几乎完全由降落伞开伞阶段决定。但是现有研究方法很难对多维折叠方向织物进行建模，开伞过程流－固耦合研究也忽视了耦合面的结构力学特性。针对上述问题，课题组提出了利用逆向力对织物进行分段折叠，采用h型自适应网格技术及改进的初始矩阵方法（IIMM）来提高单元质量及修正模型误差的新型建模方法；之后，采用固定的欧拉网格划分流场计算区域，用薄膜结构有限元模型分析织物的结构特性，将结构边界模化成流场方程的力源项，采用浸入边界方法（IBM）进行流场/结构耦合计算，获得包含织物强度参数在内的全面流场/结构动态信息，分析开伞过程织物结构特性和流场衍变过程，研究降落伞开伞失效机理。本项目通过材料性能试验、流场显示试验、开伞过程动态试验分别对模型提供计算参数并对模型方法进行验证。项目组提出的折叠建模及降落伞基于薄膜模型的浸入边界方法未检索到相关文献。

折叠降落伞开伞过程是复杂的流场/结构相互作用过程，伞-载系统的安全可靠性几乎完全由降落伞开伞阶段决定。但是现有研究方法很难对多维折叠方向织物进行建模，开伞过程流－固耦合研究也忽视了耦合面的结构力学特性。针对上述问题，课题组提出了利用逆向力对织物进行分段折叠，采用h型自适应网格技术及改进的初始矩阵方法（IIMM）来提高单元质量及修正模型误差的新型建模方法，该方法提高了畸变网格质量，提高了大变形流固耦合计算的稳健性和准确性。之后，采用欧拉网格划分流场计算区域，用薄膜结构有限元模型分析织物的结构特性，流固耦合面信息的传递通过接触力的方式实现，首次实现了多维方向折叠降落伞开伞过程的流固耦合计算和飞行情况下降落伞充气过程的计算。通过该项技术，解决了困扰多年的前体影响下的降落伞开伞性能分析难题，获得了全面的流场、结构、运动等动态信息，为复杂的降落伞开伞过程提供了全新的分析方法，获得省部级科技成果二等奖2项。本项目的研究成果也在北京空间机电研究所、航宇救生装备有限公司、宏光空降装备厂等多家单位得到具体应用，受到相关单位的高度评价。