基于DSMC方法的中性粒子及帶電粒子羽流場數(shù)值模擬研究.pdf

1、航天器在軌運(yùn)行時(shí)，需要安裝合適的發(fā)動機(jī)對其進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整和軌道控制。由于外界氣壓較低，發(fā)動機(jī)工作將產(chǎn)生羽流。羽流對航天器表面的撞擊作用會對航天器元器件的正常工作產(chǎn)生一定的影響。由于地面試驗(yàn)研究難度較大，因此通過數(shù)值模擬研究羽流對航天器產(chǎn)生的影響成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　發(fā)動機(jī)工作產(chǎn)生的羽流場為同時(shí)包含連續(xù)流域和稀薄流域的混合流場，目前對該流場采用的數(shù)值模擬方法為N-S/DSMC混合算法。對于電推進(jìn)系統(tǒng)，其工作將產(chǎn)生等離子體羽流場，

2、羽流中的帶電粒子運(yùn)動產(chǎn)生的自洽電場與其自身的運(yùn)動相互耦合，目前對此類流場采用的數(shù)值模擬方法為DSMC/PIC混合算法。
　　本文基于DSMC方法開展了中性粒子和帶電粒子羽流場的數(shù)值模擬，主要研究了以下內(nèi)容：
　　針對某一衛(wèi)星發(fā)動機(jī)，根據(jù)其流場特點(diǎn)，搭建N-S/DSMC混合算法，實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星羽流場的數(shù)值模擬，對羽流場中不同組分粒子分布特點(diǎn)進(jìn)行分析對比。在模擬流場的基礎(chǔ)上，獲得羽流作用于衛(wèi)星元器件表面的壓強(qiáng)、切應(yīng)力和熱流密度。并通

3、過統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到羽流對衛(wèi)星元器件的作用力和作用力矩。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，有效地分析了羽流效應(yīng)對衛(wèi)星造成的影響，為工業(yè)部門衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。
　　基于現(xiàn)有的DSMC程序，搭建DSMC/PIC混合算法，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)等離子體羽流場的初步模擬。通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算，獲得了流場中的電勢分布、粒子的數(shù)密度分布。與不加入PIC模塊的流場參數(shù)分布進(jìn)行對比，分析加入PIC后對流場參數(shù)分布產(chǎn)生的影響?；诓煌膸щ娏Ｗ映跏妓俣确植?，研究了穩(wěn)態(tài)等離子體流場