火星進(jìn)入艙氣動(dòng)熱的數(shù)值模擬.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、自20世紀(jì)60年代,人類就開始了對火星的探索,21世紀(jì),登陸火星會(huì)成為深空探測最重要的目標(biāo)之一?;鹦翘綔y器進(jìn)入火星大氣層的過程與地球再入有一定相似之處,然而由于火星大氣成分與地球大氣成分存在差異,探測器周圍發(fā)生的物理化學(xué)變化也會(huì)隨之不同。地面模擬火星大氣進(jìn)入過程困難重重,制約了探測器氣動(dòng)布局和熱防護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展。為了獲得火星進(jìn)入艙在進(jìn)入火星大氣層過程中的氣動(dòng)特性,本文主要取火星探路者號(hào)探測器(MPF)的外形為研究對象,利用CFD-FAST

2、RAN軟件對其進(jìn)行氣動(dòng)熱數(shù)值模擬。
  本文首先建立帶有化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)的高超聲速流軸對稱數(shù)學(xué)模型,以Lobb球頭柱為例,利用CFD-FASTRAN軟件對其進(jìn)行地球大氣的氣動(dòng)熱數(shù)值模擬,模擬結(jié)果與文獻(xiàn)吻合良好。接著,對MPF進(jìn)入火星大氣時(shí)四個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的二維氣動(dòng)熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬。通量差分采用一階Roe的FDS格式,時(shí)間離散采用后退歐拉格式。結(jié)果表明,探測器進(jìn)入火星大氣層71s后,馬赫數(shù)不斷降低,化學(xué)反應(yīng)的劇烈程度減弱,激波脫體距離顯著

3、變大;駐點(diǎn)熱流值逐漸降低;肩部以后,流場的加速減壓趨勢明顯;尾部存在亞聲速回流,溫度略高于肩部以后其他區(qū)域;高馬赫數(shù)下,化學(xué)非平衡效應(yīng)更明顯,氣體組分變化更劇烈最后,建立帶有化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)的高超聲速流三維數(shù)學(xué)模型,以MPF的外形為研究對象,對其在有攻角(5°,10°,15°,20°)狀態(tài)下大底處的三維氣動(dòng)熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,攻角對溫度、壓強(qiáng)和熱流的峰值影響不大,它主要影響駐點(diǎn)的位置,攻角越大,駐點(diǎn)越靠近迎風(fēng)面的肩部。迎風(fēng)面會(huì)出現(xiàn)

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