DSMC方法模擬LEO環(huán)境原子氧對表面材料的侵蝕過程.pdf

1、距地球表面200～700km的低地球軌道是高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星和空間站的主要運行軌道。近地軌道空間的環(huán)境條件十分惡劣,航天器受到高真空放氣、太陽電磁輻射、空間碎片撞擊、原子氧轟擊與氧化等作用的影響,其中具有高能量高氧化性的原子氧侵蝕是危害航天器壽命的最主要的因素之一。為了了解并掌握原子氧與航天器表面溫控涂層常用材料聚酰亞胺(Kapton)之間的相互作用規(guī)律及機理,本文應(yīng)用DSMC方法通過數(shù)值模擬計算對此過程進行了分析研究。借助于NASA

2、在原子氧研究領(lǐng)域得出的長期飛行試驗數(shù)據(jù)及研究結(jié)果,本文提出了原子氧與Kapton材料相互作用過程的數(shù)學(xué)物理假設(shè)。本文將原子氧對Kapton的掏蝕過程看作粒子輸運的過程,采用DSMC方法,使用Fortran語言編寫程序代碼進行了數(shù)值模擬計算。計算結(jié)果與他人試驗結(jié)果的吻合證明了計算模型的合理性與準確性。數(shù)值模擬結(jié)果表明,原子氧的掏蝕效應(yīng)受到原子氧遭遇量、保護層缺陷寬度、保護層厚度、飛行器飛行方向及入射原子氧與飛行器撞擊角等各種因素的影響。原

3、子氧遭遇量是影響掏蝕空腔形貌及掏蝕深度的最主要因素,原子氧遭遇量的增加導(dǎo)致掏蝕量和掏蝕深度的增加,但深度增加的速度隨遭遇量的增加而降低;保護層中缺陷的寬度直接影響進入缺陷內(nèi)的原子氧數(shù)量,空腔的“頸部”寬度與空腔最大寬度之比隨著缺陷寬度的增加而增加,掏蝕深度的增加速度則隨著缺陷的加寬而變小;保護層厚度主要對初次入射原子氧的入射過程有影響,加厚保護層可以減小原子氧的掏蝕深度和掏蝕空腔的寬度;航天器的飛行方向與航天器受原子氧撞擊面夾角增加,掏