高速飛行器繞流DSMC模擬與氣動(dòng)熱輻射效應(yīng)研究.pdf

1、高超聲速飛行器飛行過(guò)程中與大氣發(fā)生劇烈摩擦,會(huì)在頭部前方形成強(qiáng)弓形激波。由于激波強(qiáng)烈壓縮,激波層中氣體溫度很高,使空氣分子離解和電離,同時(shí)產(chǎn)生了熱輻射效應(yīng)。熱輻射不僅關(guān)系飛行器的熱防護(hù)問(wèn)題,而且激波層及光學(xué)窗口熱輻射也是光學(xué)系統(tǒng)的紅外干擾源。
　　對(duì)激波層光輻射特性研究的前提要得到飛行器的非平衡繞流場(chǎng),而直接模擬蒙特卡洛方法從微觀角度直接模擬氣體流動(dòng)的本質(zhì),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫高焓非平衡流場(chǎng)的正確模擬,是目前模擬高速飛行器稀薄氣體繞流的

2、強(qiáng)有力手段。因此本文的工作可分為兩部分,首先基于直接模擬蒙特卡洛法對(duì)高超聲速熱化學(xué)非平衡繞流進(jìn)行了模擬,然后在流場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上研究飛行器壁面上光學(xué)窗口受到流場(chǎng)的紅外輻射特性,并進(jìn)一步計(jì)算得到了流場(chǎng)輻射、介質(zhì)輻射及總輻射強(qiáng)度在光學(xué)窗口下表面的空間及平面分布。
　　(1)RAM-CII飛行器熱化學(xué)非平衡繞流DSMC模擬
　　以DSMC方法作為模擬手段,采用變徑硬球模型、CLL分子壁面作用模型、Larsen-Borgnakke模型

3、等對(duì)RAM-CII飛行器二維軸對(duì)稱繞流場(chǎng)進(jìn)行了模擬,主要研究了61km和71km飛行高度條件下分別采用5組元和11組元空氣模型時(shí)的流場(chǎng)特性,包括流場(chǎng)溫度、組分分布以及沿飛行器壁面的切應(yīng)力、熱流及壓力分布。
　　(2)激波層及光學(xué)窗口紅外輻射傳輸特性模擬
　　仍然以RAM-CII飛行器作為研究對(duì)象,對(duì)其在25-45km共五種飛行高度下的繞流場(chǎng)進(jìn)行模擬,根據(jù)高溫非平衡空氣輻射機(jī)制并利用本單位已有程序計(jì)算得到流場(chǎng)的吸收發(fā)射系數(shù),然