基于DSMC方法的中性粒子及帶電粒子羽流場數值模擬研究.pdf

1、航天器在軌運行時，需要安裝合適的發(fā)動機對其進行姿態(tài)調整和軌道控制。由于外界氣壓較低，發(fā)動機工作將產生羽流。羽流對航天器表面的撞擊作用會對航天器元器件的正常工作產生一定的影響。由于地面試驗研究難度較大，因此通過數值模擬研究羽流對航天器產生的影響成為國內外研究的熱點。
　　發(fā)動機工作產生的羽流場為同時包含連續(xù)流域和稀薄流域的混合流場，目前對該流場采用的數值模擬方法為N-S/DSMC混合算法。對于電推進系統(tǒng)，其工作將產生等離子體羽流場，

2、羽流中的帶電粒子運動產生的自洽電場與其自身的運動相互耦合，目前對此類流場采用的數值模擬方法為DSMC/PIC混合算法。
　　本文基于DSMC方法開展了中性粒子和帶電粒子羽流場的數值模擬，主要研究了以下內容：
　　針對某一衛(wèi)星發(fā)動機，根據其流場特點，搭建N-S/DSMC混合算法，實現(xiàn)對衛(wèi)星羽流場的數值模擬，對羽流場中不同組分粒子分布特點進行分析對比。在模擬流場的基礎上，獲得羽流作用于衛(wèi)星元器件表面的壓強、切應力和熱流密度。并通

3、過統(tǒng)計計算，得到羽流對衛(wèi)星元器件的作用力和作用力矩。根據獲得的數據，有效地分析了羽流效應對衛(wèi)星造成的影響，為工業(yè)部門衛(wèi)星總體設計提供一定的依據。
　　基于現(xiàn)有的DSMC程序，搭建DSMC/PIC混合算法，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)等離子體羽流場的初步模擬。通過統(tǒng)計計算，獲得了流場中的電勢分布、粒子的數密度分布。與不加入PIC模塊的流場參數分布進行對比，分析加入PIC后對流場參數分布產生的影響?；诓煌膸щ娏Ｗ映跏妓俣确植迹芯苛朔€(wěn)態(tài)等離子體流場