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高空状态下高超声速乘波飞行器气动性能模拟

肖洪,吴丁毅,刘振侠,廉筱纯
(西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072)
 

摘要:运用以分子动力学为基础的直接仿真的蒙特卡罗(DSMC)方法,发展了临近空问飞行
器气动性能模拟软件系统。以某型航天飞机再入大气层为例,验证了系统的有效性。对乘波构型
飞行器在高度为70~100 km的临近空间区域的气动性能进行了模拟,研究了稀薄气体效应对高超
声速乘波构型气动特性的影响。由于70~100 km的临近空间区域处于连续介质区与温度和速度
跳跃区。在DSMC的模拟中为避免模拟陷于大量的分子碰撞计算,对DSMC算法的碰撞模型和有
效碰撞次数进行了改进。研究结果表明:在临近空间区域,乘波构型的升阻比特性略有下降,但仍
旧保持了高升阻比的气动优势;DSMC模拟结果与NS方程模拟结果随着高度增加,两者差距逐渐
增大。稀薄气体效应逐渐显著;DSMC方法的模拟中,经过多次计算,最终确认在每个网格区域内
15次有效碰撞次数足以模拟气体的宏观物理特性。
 

关键词:流体力学;直接仿真的蒙特卡罗方法;稀薄气体;升阻比;临近空间;气动特性


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