DSMC方法和橋函數在航天器高空稀薄氣動特性預測中的應用.pdf

1、隨著航天技術的快速發(fā)展，越來越多航天器穿梭于地球與外太空、外太空與其他行星之間，且以近軌道速度進入行星大氣層的問題變得越來越普遍。航天器在稀薄氣體環(huán)境中飛行時的氣動特性與在稠密大氣環(huán)境中的氣動特性之間有較大差異。因此建立過渡流區(qū)氣動特性預測平臺對我國航天和國防事業(yè)的意義重大，而將DSMC數值模擬技術與橋函數工程估算方法相結合就是一種行之有效的方案。
　　首先，本文在理論和應用方面對DSMC（Direct Simulation Mo

2、nte Carlo）數值模擬方法進行了研究，并利用DSMC程序對一些簡單外形的高超聲速稀薄流繞流進行了模擬計算，模擬結果與風洞試驗符合良好。利用DSMC方法對大鈍頭的返回艙在不同高空的飛行過程進行了模擬，計算結果表明，當采用DSMC程序對三維流場進行模擬時，表征航天器氣動外形的三角化面網格數量對結果的精度沒有影響；當每個碰撞網格中的模擬分子數小于8時，總模擬分子數的多少成為了影響結果精度的主要因素。
　　之后，對大鈍頭、低升阻比返

3、回艙和火星探測器在不同稀薄氣流環(huán)境中氣動特性和流場特性的研究表明，航天器氣動特性受稀薄氣體效應的影響較大，強烈的粘性效應導致阻力系數隨努森數的增大而增大；升力系數和升阻比對氣流稀薄程度的變化比較敏感；返回艙在稀薄流區(qū)是靜不穩(wěn)定的，縱向壓心位置受來流稀薄程度的影響較大；氣流越稀薄，升阻比變化幅度越小；來流速度（即馬赫數）對航天器氣動特性的影響較小。此外，隨著來流變得越來越稀薄，鈍體前端的激波越來越厚，繞流波及的范圍也越來越大，且尾跡區(qū)的渦