高压气体驱动壳体分离仿真研究

杨依峰，陈 浩，吴 乔，董 超，张昱煜

北京航天长征飞行器研究所，北京 100076

壳体分离运动涉及空气动力学、刚体动力学和二者之间的耦合影响，壳体的气动特性参数的获取不同于一般飞行器，除了壳体的位置、姿态、速度、角速度变化，壳体周围流场还受容器内高压气源的干扰影响，壳体运动轨迹预示较为困难。

国内对飞机外挂物（副油箱、炸弹）投放、弹射救生、火箭级间分离、导弹头罩分离等开展了广泛且深入的研究。刘君等[1]采用非结构动网格技术、耦合求解非定常欧拉方程和六自由度刚体运动方程，对火箭头罩分瓣式分离进行了数值仿真研究。徐敏等[2]运用嵌套网格技术，对拦截弹热防护罩分离运动进行了模拟研究。但是这些研究都是针对有来流条件下分离过程受气动力影响的姿态轨迹变化，对于在静止大气环境下受高压气源作用的分离运动研究并不多见。文章针对放置于静止大气环境中的高压容器壳体分离运动问题，采用非结构动网格技术并通过求解耦合的流动控制方程和六自由度刚体运动方程对壳体分离运动过程进行数值模拟，通过分析壳体分离运动过程中的流场信息，研究壳体急剧减速的原因。

1 数值方法

1.1 控制方程

拉格朗日（Lagrangian）方法和欧拉（Eulerian）方法是描述流体运动的两种基本方法。在拉格朗日方法的描述下，网格随流体一起运动，网格点的速度与当地流体微团的速度相同；在欧拉方法的描述下，网格的空间位置固定，即网格点的速度为零，流体微团穿过网格单元构成的控制体。……