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降落伞作为航空航天救生系统和减速系统的重要工具,其结构变形快速而剧烈,流场运动复杂而多变,一直是降落伞工程设计人员关注的难点。本文针对降落伞数值模拟方法中的关键问题,提出并发展了一套使用预处理有限体积法、非线性有限元方法、拟固体动网格方法三大模块组合的降落伞流固耦合数值算法。 首先开发了一套预处理全速域粘性流体力学数值计算程序,空间离散方法采用非结构有限体积方法,虚拟时间推进采用LU-SGS迭代算法,物理时间推进采用二阶精度差分方法。对流通量计算格式包括Roe格式、HLLC格式,粘性流动计算的湍流模型采用Spalart-Allmaras一方程模型。针对通量分裂格式和LU-SGS迭代算法进行预处理算法的相关改进并进行算例验证,以得到能够进行降落伞全速域流固耦合流场计算的通用CFD求解器。 其次研究结构非线性有限元理论,开发降落伞膜索动力学数值计算程序。采用褶皱判断和处理算法修正结构中皱褶区域的应力应变,减小织物材料出现压缩应力的非物理解区域。针对降落伞在由折叠到打开的过程中经常出现的碰撞摩擦现象,设计高效的碰撞搜索算法并使用罚函数方法建立碰撞非线性有限元控制方程以进行织物绳索结构的非线性大变形碰撞模拟。通过膜索结构大变形算例验证结构程序和褶皱算法的准确性,通过单伞、集束式降落伞充气碰撞的计算模拟验证碰撞非线性有限元算法的有效性。 最后针对降落伞大变形过程的无规律性和复杂性,采用鲁棒性较高的拟固体线弹性动网格计算方法处理流固耦合模拟过程中的网格自动更新问题。针对本文发展的降落伞流固耦合三大模块,开发各自相应的MPI并行计算程序,分别测试并行效率并组装成为新的降落伞流固耦合模拟并行计算程序。针对C-9型降落伞和ATPS十字形降落伞,应用本文开发的并行程序进行流固耦合数值计算,将得到的呼吸振动以及自由下降动力学特性参数与使用不同方法的参考文献进行对比,验证了本文发展的降落伞流固耦合算法的准确性,说明了该并行仿真程序在预测降落伞外形以及动力学特性方面的能力。