基于DSMC方法的中性粒子及帶電粒子羽流場(chǎng)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(dòng)機(jī)對(duì)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(dòng)機(jī)工作將產(chǎn)生羽流。羽流對(duì)航天器表面的撞擊作用會(huì)對(duì)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(guò)數(shù)值模擬研究羽流對(duì)航天器產(chǎn)生的影響成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的羽流場(chǎng)為同時(shí)包含連續(xù)流域和稀薄流域的混合流場(chǎng)，目前對(duì)該流場(chǎng)采用的數(shù)值模擬方法為N-S/DSMC混合算法。對(duì)于電推進(jìn)系統(tǒng)，其工作將產(chǎn)生等離子體羽流場(chǎng)，

2、羽流中的帶電粒子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的自洽電場(chǎng)與其自身的運(yùn)動(dòng)相互耦合，目前對(duì)此類(lèi)流場(chǎng)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(kāi)展了中性粒子和帶電粒子羽流場(chǎng)的數(shù)值模擬，主要研究了以下內(nèi)容：
　　針對(duì)某一衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)其流場(chǎng)特點(diǎn)，搭建N-S/DSMC混合算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星羽流場(chǎng)的數(shù)值模擬，對(duì)羽流場(chǎng)中不同組分粒子分布特點(diǎn)進(jìn)行分析對(duì)比。在模擬流場(chǎng)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(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到羽流對(duì)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(duì)衛(wèi)星造成的影響，為工業(yè)部門(mén)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(chǎng)的初步模擬。通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，獲得了流場(chǎng)中的電勢(shì)分布、粒子的數(shù)密度分布。與不加入PIC模塊的流場(chǎng)參數(shù)分布進(jìn)行對(duì)比，分析加入PIC后對(duì)流場(chǎng)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(chǎng)