استخراج ویژگی‌های آیرودینامیکی چتر ریبونی توسط تست کشش خودرو

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 2، دوره 36، شماره 1 - شماره پیاپی 35، اردیبهشت 1403، صفحه 25-40   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2023.76405.1116

نویسندگان

محمد رضا سلیمی^{* 1}؛ امیر حمزه فرج الهی²؛ امیرحسین محسنی³؛ محمود ایوبی⁴

¹استادیار، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران

²دانشکده مهندسی-دانشگاه امام علی (ع)

³گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

⁴گروه مهندسی هوافضا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

چترهای ریبونی به عنوان کاهنده‌های سرعت و یا پایدارساز برای محموله‌های پرسرعت و هواپیماها استفاده می‌شوند. ضریب تخلخل بالا و شکل هندسی متفاوت آن‌ها به دلیل عملکرد این چترها در سرعت‌های بالا می‌باشد. در مقاله حاضر یک چتر ریبونی مسطح برای بازیابی یک محموله فضایی 350 کیلوگرمی مشخص طراحی و با استفاده از مجموعه‌ای از نرم افزارها بارهای آیرودینامیکی و سازه‌ای وارد بر آن محاسبه می‌شود. جنس چتر طراحی شده نایلون 66 بوده، قطر پرباد شده آن 2/1 متر می‌باشد. در ابتدا به معرفی انواع روش‌های تست چتر پرداخته می‌شود. پس از طراحی اولیه چتر، خروجی طراحی مدلسازی و شبیه‌سازی می‌شود. در نهایت برای ارزیابی طراحی چتر ترمزی، از تست کشش چتر بوسیله خودرو به منظور صحه‌گذاری استفاده شده است. مقایسه نتایج شبیه‌سازی‌ها و داده‌های تجربی حاصل از آزمون کشش خودرو مطابقت قابل قبولی با یکدیگر دارند که نشان از کارایی آزمون کشش خودرو به عنوان یک روش کم هزینه برای اندازه‌گیری تقریبی ضریب پسا و پایداری چتر در سرعت‌های پایین دارد.

کلیدواژه‌ها

طراحی چتر ترمزی؛ شبیه‌سازی چتر؛ بازیابی محموله فضایی؛ چتر ریبونی؛ تست کشش خودرو

مراجع

[1] A. Taylor, P., Sinclair, R., J., and Allamby, R., D., “Design and Testing of the Kistler Landing System Parachutes,” 15th Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference, vol. 1, pp. 1–9, (1999).

[2] “Crew Systems Deployable Aerodynamic Decelerator (DAD)”, Specification Guide Handbook, Department of Defense Joint Service Specification Guide, (1998).

[3] R.E. Meyerson, and W. Kent, “Space Shuttle Orbiter Drag Parachute Design,” 2001.

[4] K. Takizawa and T. E. Tezduyar, “Computational Methods for Parachute Fluid-Structure Interactions,” Archives of Computational Methods in Engineering, vol. 19, no. 1, pp. 125–169, (2012), doi: 10.1007/s11831-012-9070-4.

[5] D. Z. Huang, P. Avery, C. Farhat, J. Rabinovitch, A. Derkevorkian, and L. D. Peterson, “Modeling, Simulation and Validation of Supersonic Parachute Inflation Dynamics during Mars Landing,” in AIAA Scitech 2020 Forum, Orlando, FL, 01062020, (2020).

[6] X. Yang, L. Yu, S. Nie, and S. Zhang, “Aerodynamic performance of the supersonic parachute with material permeability,” Journal of Industrial Textiles, vol. 50, no. 6, pp. 812–829, (2021), doi: 10.1177/1528083719844605.

[7] L. Jiang, H. Jia, X. Xu, W. Rong, W., Jiang, Q. Wang, Q., C. Gang, and X. Xue, “Numerical Study on Aerodynamic Performance of Mars Parachute Models with Geometric Porosities,” Space Sci Technol, vol. 2022, (2022), doi: 34133/2022/9851982.

[8] J. Fan, J. Hao, C.-Y. Wen, and X. Xue, “Numerical investigation of supersonic flow over a parachute-like configuration including turbulent flow effects,” Aerospace Science and Technology, vol. 121, p. 107330, (2022), doi: 10.1016/j.ast.2022.107330.

 [9] M. Dawoodian, A. Dadvand, and A. Hassanzadeh, “A Numerical and Experimental Study of the Aerodynamics and Stability of a Horizontal Parachute,” ISRN Aerospace Engineering, vol. 2013, pp. 1–8, (2013), doi: 10.1155/2013/320563.

[10] I. Laraibi, F. R. Marz-abadi, and F. Eatemadi, “Experimental and numerical investigation of fabric permeability on drag of conventional parachute,” Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, vol. 49, no. 1, pp. 17–20, (2017). In Persian.

[11] Z. Gao, Charles, R., D., and L. Xiaolin, “Numerical Modeling of Flow Through Porous Fabric Surface in Parachute Simulation,” AIAA Journal, vol. 55, no. 2, pp. 686–690, (2017).

[12] M. Pratap, A. K. Agrawal, S. C. Sati, and V. Kumar, “Forebody Wake Effects on Parachute Performance for Re-entry Space Application,” Defence Science Journal, vol. 70, no. 3, pp. 223–230, (2020).

[13] Salimi, MR., Farajolahi, A. H., Mohseni Kafshgar Kolahi, A. H.,  Rostami, M. Aerodynamic, “Analysis of Cargo Speed Reduction Parachutes using Numerical Simulation”. Fluid Mechanics & Aerodynamics Journal, vol. 10, no. 2, pp. 1-17. (2022).

[14]  Salimi, MR. Farajollahi, AH, Mohsenikafshgarkolaei, AH, M. Ebrahimi, and M. Ayoobi, “Numerical Analysis of Loads and Stresses Exerting on a Ribbon Type Parachute,” Journal of Advanced Defense Science & Technology, vol. 13, no. 4, pp. 271-282, (2023).

[15] M. Mcquilling and J. Potvin, “Forebody Wake Effects on the Aerodynamics of an Annular Parachute,” 42nd AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit., (2012).

[16] Day, B. P., Field, M. N., & Gelito, J. P. (2006). An Experimental Investigation of Aerodynamic Drag on a Round Parachute Canopy. Worcester Polytechnic Institute, 117.

[17] K. Joung-Dong, L. Yan, and L. Xiaolin, “Simulation of Parachute FSI Using the Front Tracking Method,” Journal of Fluids and Structures, vol. 37, pp. 100–119, (2013).

[18] K.R. Stein, R.J. Benney, T.E. Tezduyar, J.W. Leonard, and M.L. Accorsi, “Fluid-Structure Interactions of a Round Parachute: Modeling and Simulation Techniques,” Journal of Aircraft, vol. 38, no. 5, pp. 800–808, (2001).

[19] E. Ortega, and R. Flores, “Aeroelastic Analysis of Parachute Deceleration Systems with Empirical Aerodynamics,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, vol. 234, no. 3, pp. 729–741, (2019).

[20] M. Pruett, M. Accorsi, and M. Kandis, “Stress Analysis of the Parachute System for the Mars Science Laboratory Mission,” AIAA Journal, pp. 1–19, (2009).

[21] S. V. Leonov, V. I. Morozov, and A. T. Ponomarev, “Shape Modeling and Strength Analysis of Parachutes,” Mechanics of Solids, vol. 46, no. 2, pp. 311–324, (2011).

[22] Xing-long, G., Qing-bin, Z., Qian-gang, T., & Tao, Y. (2013). Fluid-Structure Interaction Simulation of Parachute in Low Speed. Hong Kong: IAENG.

[23] X. Gao, Q. Zhang, and Q. Tang, “Fluid-Structure Interaction Analysis of Parachute Finite Mass Inflation,” International Journal of Aerospace Engineering, vol. 2016, (2016).

[24] G. Xinglong, Z. Qingbin, and T. Qiangang, “Parachute Dynamics and Perturbation Analysis of Precision Airdrop System,” Chinese Journal of Aeronautics, vol. 29, no. 3, pp. 596–607, (2016).

[25] R. Jamison L., “A Method for Calculating Parachute Opening Forces for General Deployment Conditions,” NASA Office of Advanced Research and Technology, vol. 4, no. 4, pp. 498–502, (1966).

[26] NASA, “NASA Orion Parachute Test: The Mars Generation Reports,” (2017). [Online]. Available: https://themarsgeneration.org.

[27] B. Gupta, “Aerial delivery systems and technologies,” Defence Science Journal, vol. 60, no. 2, pp. 124–136, (2010), doi: 10.14429/dsj.60.326.

[28] “Exprimental wind tunnel test for landing on Mars Report,” NASA.

[29] Knacke, T. W. “Parachute Recovery Systems: Design Manual”, Para Pub, )1992(,