火星進入艙氣動熱的數(shù)值模擬.pdf

1、自20世紀60年代，人類就開始了對火星的探索，21世紀，登陸火星會成為深空探測最重要的目標之一。火星探測器進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)生的物理化學變化也會隨之不同。地面模擬火星大氣進入過程困難重重，制約了探測器氣動布局和熱防護系統(tǒng)的發(fā)展。為了獲得火星進入艙在進入火星大氣層過程中的氣動特性，本文主要取火星探路者號探測器(MPF)的外形為研究對象，利用CFD-FAST

2、RAN軟件對其進行氣動熱數(shù)值模擬。
　　本文首先建立帶有化學反應源項的高超聲速流軸對稱數(shù)學模型，以Lobb球頭柱為例，利用CFD-FASTRAN軟件對其進行地球大氣的氣動熱數(shù)值模擬，模擬結果與文獻吻合良好。接著，對MPF進入火星大氣時四個時間點下的二維氣動熱環(huán)境進行數(shù)值模擬。通量差分采用一階Roe的FDS格式，時間離散采用后退歐拉格式。結果表明，探測器進入火星大氣層71s后，馬赫數(shù)不斷降低，化學反應的劇烈程度減弱，激波脫體距離顯著

3、變大;駐點熱流值逐漸降低;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，化學非平衡效應更明顯，氣體組分變化更劇烈最后，建立帶有化學反應源項的高超聲速流三維數(shù)學模型，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熱環(huán)境進行數(shù)值模擬。結果表明，攻角對溫度、壓強和熱流的峰值影響不大，它主要影響駐點的位置，攻角越大，駐點越靠近迎風面的肩部。迎風面會出現(xiàn)