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基于吸收/发射光谱的火星进入地面模拟流场特性研究
1
作者 曾徽 文鹏 +2 位作者 杨国铭 朱兴营 欧东斌 《实验流体力学》 北大核心 2025年第2期15-22,共8页
火星进入器与地球返回器面临的热环境有很大不同。利用电弧风洞模拟火星进入器气动加热环境,进行防热系统设计是火星进入器研制的关键环节。利用发射光谱和激光吸收光谱诊断技术,开展了模拟火星大气进入地面试验流场下CO_(2)介质的辐射... 火星进入器与地球返回器面临的热环境有很大不同。利用电弧风洞模拟火星进入器气动加热环境,进行防热系统设计是火星进入器研制的关键环节。利用发射光谱和激光吸收光谱诊断技术,开展了模拟火星大气进入地面试验流场下CO_(2)介质的辐射特性和流场参数的在线测量研究,获得了CO_(2)等离子体电子激发温度、喷管出口自由流静温和关键组分CO摩尔浓度的实时测量结果。发射光谱和激光吸收光谱测量结果表明,电弧加热器具有非常好的长时间稳定运行能力和气流参数重复模拟能力。本文发展的光谱诊断技术可为火星进入器气动热环境流场特性等方面的研究提供有效测量手段。 展开更多
关键词 火星进入地面模拟 电弧加热器 发射光谱 中红外吸收光谱 气流温度 组分浓度
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高温非平衡流动态-态反应速率常数研究进展
2
作者 洪启臻 张宇哲 +9 位作者 王小永 胡华雨 水智龙 何东 赵晓睿 昝晓雷 卢丹丹 程万 孙泉华 罗喜胜 《气体物理》 2025年第5期1-56,共56页
高超声速飞行器在巡航及再入过程中,其头部激波可使波后空气温度急剧升高至10^(3)~10^(4) K量级,引发复杂的高温物理化学过程,显著影响气体辐射特性和飞行器气动加热。传统的宏观建模方法(如双温度模型)忽略了非Boltzmann效应并采用经... 高超声速飞行器在巡航及再入过程中,其头部激波可使波后空气温度急剧升高至10^(3)~10^(4) K量级,引发复杂的高温物理化学过程,显著影响气体辐射特性和飞行器气动加热。传统的宏观建模方法(如双温度模型)忽略了非Boltzmann效应并采用经验参数,难以精确描述高温气体流动的热化学非平衡过程。相比之下,基于量子态分辨的态-态模拟方法通过直接求解各量子态的主控方程,能够更准确地刻画非平衡过程的微观机理。然而,其模拟能力受限于态-态反应速率常数的精度和完整性。综述了近年来态-态数据的研究进展,包括不同量子态层次数据的获取方法、现有数据特点与适用范围、数据精度等,并探讨了亟待解决的关键问题,以期为发展高精度非平衡流动模型提供理论和数据支撑。 展开更多
关键词 热化学非平衡 高温空气 态-态反应 速率常数 分子动力学
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高温CO气体热非平衡效应的实验研究
3
作者 何东 刘铁楼 +3 位作者 李仁杰 李飞 司廷 罗喜胜 《实验流体力学》 北大核心 2025年第2期30-37,共8页
高超声速科技是航空航天和深空探测领域研究的焦点之一。热化学非平衡是高超声速流动的主要特征。CO是碳氢燃料燃烧的重要中间产物,也是飞行器进入火星和金星大气过程的主要辐射来源,其热非平衡效应研究具有重要意义。本文基于无吸收干... 高超声速科技是航空航天和深空探测领域研究的焦点之一。热化学非平衡是高超声速流动的主要特征。CO是碳氢燃料燃烧的重要中间产物,也是飞行器进入火星和金星大气过程的主要辐射来源,其热非平衡效应研究具有重要意义。本文基于无吸收干扰的可调谐二极管激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS),进行化学激波管反射激波波后CO混合气转振温度演化规律和热非平衡效应的定量测量研究,并将测量结果同Landau-Teller模型和Schwartz-Slawsky-Herzfeld模型的预测结果进行对比分析。基于文献中修正的振动弛豫时间参数(包括CO−Ar体系和N_(2)-N_(2)体系),上述模型的预测结果与测量数据吻合较好。相关分析表明:CO和N_(2)之间的振动-振动-平动内能传递模式使CO和N_(2)的振动温度演化规律趋于一致。因此,对于1.0%CO+99.0%N_(2)混合气,测量的CO振动温度演化规律可以用于表征高温N_(2)的热非平衡效应。 展开更多
关键词 化学激波管 TDLAS 振动温度 定量测量 转动温度 热非平衡效应
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采用态-态模型的高温空气非平衡喷管流数值研究 被引量：2
4
作者 王辉 曾明 +2 位作者 段欣葵 王东方 刘伟 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1377-1394,共18页
采用态-态模型在总温T_(0)=2000K~8000 K、总压p_(0)=1~20 MPa范围,开展高温空气准一维非平衡喷管流动数值模拟.考虑5种化学组元(N_(2),O_(2),NO,N,O),其中N_(2),O_(2),N_(O)分别有61,46,48个振动能级,将不同振动能级上的粒子视为不同组... 采用态-态模型在总温T_(0)=2000K~8000 K、总压p_(0)=1~20 MPa范围,开展高温空气准一维非平衡喷管流动数值模拟.考虑5种化学组元(N_(2),O_(2),NO,N,O),其中N_(2),O_(2),N_(O)分别有61,46,48个振动能级,将不同振动能级上的粒子视为不同组元,共157个组元.对未见公开文献给出速率系数的分子能级跃迁过程,综合振动能方程松弛时间和其他类似微观过程跃迁速率系数进行折算.计算结果表明,喷管喉道前流动接近平衡,喉道后出现非平衡,喉道下游不远处发生化学组元质量分数、较低振动能级分子数和表征振动能的振动温度的冻结,N_(2)的振动温度冻结较NO和O_(2)早,冻结值也更高;对振动能级跃迁起主导作用的微观机制是平动-振动能量交换(VT)过程,复合反应生成的分子更多位于中等振动能级;喷管非平衡和冻结区域分子能级分布偏离振动温度下的玻尔兹曼分布,高能级出现过分布;提高驻室总压能够降低喷管流动非平衡程度,推迟热化学冻结发生. 展开更多
关键词 热化学非平衡 态-态模型 振动能级分布 喷管流动 高焓风洞
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电子发汗冷却技术及其研究进展 被引量：1
5
作者 苑朝凯 王春 姜宗林 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期507-520,共14页
电子发汗冷却是一种新型的高超声速主动热防护技术,利用材料的热电子发射效应,通过热电子将热载荷转移至流场下游,降低了尖前缘结构热流密度峰值和梯度,为高超飞行器尖前缘结构热防护系统设计提供了新的思路.作为一种潜在的冷却技术,文... 电子发汗冷却是一种新型的高超声速主动热防护技术,利用材料的热电子发射效应,通过热电子将热载荷转移至流场下游,降低了尖前缘结构热流密度峰值和梯度,为高超飞行器尖前缘结构热防护系统设计提供了新的思路.作为一种潜在的冷却技术,文章主要介绍了电子发汗冷却的工作原理、技术特点,综述了国内外相关研究进展,并对未来发展需解决的关键问题进行了讨论. 展开更多
关键词 热电子效应 发汗冷却 主动冷却 热防护 高超声速
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基于立方型气体状态方程的激波风洞准一维流动数值研究
6
作者 张洲铭 李贤 +3 位作者 朱雨建 李祝飞 龚红明 罗喜胜 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期99-115,共17页
采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动,重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响,并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机... 采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动,重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响,并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机理。研究表明:对于以冷高压气体驱动的激波风洞,使用考虑分子体积和分子间作用力的真实气体状态方程能够更准确地描述气体的状态和风洞内的流动状况。高压真实气体效应主要在冷驱动气体中发生作用,其作用效果主要是使当地声速增大,从而使得入射稀疏波和反射稀疏波的传播速度加快;另一方面,高压气体效应在高温气体效应较显著的被驱动气体中作用微弱,且对激波管产生激波的强度和激波后的流动状态影响甚微。稀疏波的加快传播改变了激波管波系的相干时空关系。提前抵达的稀疏波可在一定情况下侵蚀激波风洞的有效试验时间。对于所测试的激波风洞构型,在150 MPa氢气驱动110 kPa氮气的工况下,高压效应导致的有效试验时间缩短约38%。适当加长驱动段长度和采用高温气体驱动均可有效减弱高压真实气体效应的影响。 展开更多
关键词 激波风洞 高压真实气体效应 立方型气体状态方程 准一维数值模拟 有效试验时间
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局部催化特性差异对气动热环境影响的计算分析 被引量：18
7
作者 丁明松 董维中 +2 位作者 高铁锁 江涛 刘庆宗 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期44-54,共11页
高温气体非平衡效应及其壁面催化效应对高超声速飞行器气动热环境造成显著影响,是当前高超声速飞行器气动热环境预测和热防护设计的关键问题之一。考虑高温空气离解与电离等化学反应、气体分子热力学激发、流动中的非平衡效应和壁面催... 高温气体非平衡效应及其壁面催化效应对高超声速飞行器气动热环境造成显著影响,是当前高超声速飞行器气动热环境预测和热防护设计的关键问题之一。考虑高温空气离解与电离等化学反应、气体分子热力学激发、流动中的非平衡效应和壁面催化效应,通过数值求解三维热化学非平衡Navier-Stokes方程和壁面处质量、能量平衡关系,完善了高温气体热化学非平衡流场有限催化气动热环境数值计算方法和计算程序,采用典型算例进行了考核验证。在此基础上,开展了不同条件下高超声速飞行器热化学非平衡流场气动热环境数值模拟,分析局部催化特性差异对气动热环境的影响。研究表明:所建立的高超声速飞行器热化学非平衡流场有限催化气动热环境数值计算方法及程序,其数值模拟结果与飞行试验、文献符合;局部催化特性差异会导致热流跳变,其热流跳变量与催化特性差异量、材料分布方式等有关;催化特性差异较大时,局部区域热流可能远远高于飞行器全表面完全催化的热流结果,此时将飞行器在全表面完全催化(FCW)和完全非催化(NCW)条件下的数值模拟结果作为实际飞行过程中表面热流的上、下限这一简化处理方式,是不可取的。 展开更多
关键词 气动热环境 高温气体 非平衡效应 催化效应 数值模拟
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三维等离子体MHD气动热环境数值模拟 被引量：11
8
作者 丁明松 江涛 +2 位作者 董维中 高铁锁 刘庆宗 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期28-37,共10页
电磁流动控制技术是一个多学科交叉融合的重要研究方向,在高超声速飞行器气动特性优化、气动热环境减缓、边界层转捩和等离子体分布等流动控制方面显示出广阔的应用前景。考虑高超声速飞行器绕流流场中发生的离解、复合、电离和置换等... 电磁流动控制技术是一个多学科交叉融合的重要研究方向,在高超声速飞行器气动特性优化、气动热环境减缓、边界层转捩和等离子体分布等流动控制方面显示出广阔的应用前景。考虑高超声速飞行器绕流流场中发生的离解、复合、电离和置换等化学反应,气体分子振动能激发以及化学非平衡效应,耦合电磁场作用并基于低磁雷诺数假设,通过数值模拟求解三维非平衡Navier-Stokes流场控制方程和Maxwell电磁场控制方程,建立磁场与三维等离子体流场耦合数值模拟方法及程序,采用典型算例进行考核。在此基础上,开展不同条件下磁场对再入三维等离子体流场以及气动热环境影响分析。研究表明:建立的高超声速飞行器的等离子体流场与磁场耦合计算方法及程序,其数值模拟结果与文献符合,外加磁场使飞行器头部弓形激波外推,磁场强度越强,激波面外推距离越大;不同磁场强度环境下,流场中温度峰值大小略有变化,变化幅度较小;磁场对绝大部分区域的热流有减缓作用,作用的大小与飞行高度、马赫数以及磁场的配置紧密相关;当前的计算条件下,飞行的高度越高,磁场的作用越明显。 展开更多
关键词 MHD 等离子体 化学非平衡 数值模拟 气动热环境
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火星进入气体辐射加热研究进展 被引量：7
9
作者 吕俊明 黄飞 +2 位作者 苗文博 程晓丽 俞继军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期489-500,共12页
针对飞行器进入火星大气时气体辐射加热对防热设计带来不确定性,在简述火星探测和气体辐射研究的发展历程的基础上,对火星进入气体辐射加热研究的进展进行综述。首先,针对火星大气环境描述了气体辐射加热的概念和问题由来。其次,重点综... 针对飞行器进入火星大气时气体辐射加热对防热设计带来不确定性,在简述火星探测和气体辐射研究的发展历程的基础上,对火星进入气体辐射加热研究的进展进行综述。首先,针对火星大气环境描述了气体辐射加热的概念和问题由来。其次,重点综述了近年来火星进入气体辐射加热基础模型的数值和试验研究进展,其中包括:热化学非平衡气体动力学、气体辐射特性和辐射传输的计算模型与方法等数值研究;地面测试设备、试验技术和模拟火星大气环境的气体辐射测量与验证等试验研究。再次,综述了流动辐射耦合和后体气体辐射加热等火星进入器设计方面开展的研究。最后,对未来火星进入气体辐射加热研究进行了展望,提出了研究建议。 展开更多
关键词 火星进入 气体辐射 非平衡 数值模拟 地面试验
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氮气辐射强度的激波管测量与验证 被引量：5
10
作者 吕俊明 李飞 +3 位作者 林鑫 程晓丽 余西龙 俞继军 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期25-30,111,共7页
超高速飞行器的热防护设计必须考虑激波层内高温气体发射与吸收的辐射能量,需要有效的辐射加热评估手段。相应飞行条件下的光谱辐射强度地面实验测量是验证数值模型和方法、理解高焓流动的重要手段。基于燃烧驱动激波管,发展辐射强度标... 超高速飞行器的热防护设计必须考虑激波层内高温气体发射与吸收的辐射能量,需要有效的辐射加热评估手段。相应飞行条件下的光谱辐射强度地面实验测量是验证数值模型和方法、理解高焓流动的重要手段。基于燃烧驱动激波管,发展辐射强度标定技术,针对富氮气环境,开展高温气体光谱辐射强度的高分辨定量化测试,掌握辐射特征,为数值验证提供基础数据。实验获得了激波速度5.70和6.20km/s条件下的气体光谱辐射强度精细结构,数据表明激波波后的非平衡过程对辐射强度存在很大影响。通过求解耦合化学反应动力学模型的Navier-Stokes方程和辐射特性模型,得到对应实验条件下的流场参数和辐射强度,计算结果和实验数据符合很好,验证了数值模拟方法。 展开更多
关键词 激波管 非平衡效应 气体辐射 定量化测试 光谱辐射强度 数值模拟
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电导率模拟对高超声速MHD控制影响 被引量：6
11
作者 丁明松 江涛 +3 位作者 刘庆宗 董维中 高铁锁 傅杨奥骁 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期55-67,共13页
高温气体电导率是高超声速电磁流动控制数值模拟最重要的参数之一。针对电导率模拟准确性及其对高超声速磁流体控制影响的问题,考虑高超声速飞行器流场中高温气体热化学非平衡效应,采用三维低磁雷诺数磁流体动力学(MHD)数值模拟方法及程... 高温气体电导率是高超声速电磁流动控制数值模拟最重要的参数之一。针对电导率模拟准确性及其对高超声速磁流体控制影响的问题,考虑高超声速飞行器流场中高温气体热化学非平衡效应,采用三维低磁雷诺数磁流体动力学(MHD)数值模拟方法及程序,结合国内外常见电导率处理方法开展典型状态高超声速MHD控制数值模拟,分析电导率模拟对高超声速磁流体流场分布、气动力/热特性的影响。研究表明:磁控热流减缓效果与电导率呈非线性关系,电导率较大时将出现电导率的磁控热饱和现象,其产生的原因可能与化学反应趋向于平衡态存在一定关系;采用定电导率方法,会人为放大磁场洛仑兹力的磁阻力效果,使阻力系数的预测值偏大;不同电导率模型计算得到的电导率分布差异很大,甚至存在数量级的差别,显著影响了磁流体的控制效果,这与电导率模型的适用范围、参数选取原则存在很大关联;对于含多种离解、电离组分的高温气体流动来说,采用基于多电离组分迁移碰撞的电导率模型(本文模型M8),计算与试验一致性最好。 展开更多
关键词 磁流体动力学 等离子体 热化学非平衡 高超声速 电导率
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传感器催化特性差异对气动热影响的计算分析 被引量：6
12
作者 丁明松 董维中 +2 位作者 高铁锁 江涛 刘庆宗 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期1361-1371,共11页
针对高温气体效应及壁面催化效应对气动热环境影响,考虑高温空气各种化学反应、分子振动激发、流动中的非平衡效应以及壁面催化复合反应,通过数值求解热化学非平衡N-S方程和壁面能量、质量平衡方程,完善了有限催化条件下高温热化学非平... 针对高温气体效应及壁面催化效应对气动热环境影响,考虑高温空气各种化学反应、分子振动激发、流动中的非平衡效应以及壁面催化复合反应,通过数值求解热化学非平衡N-S方程和壁面能量、质量平衡方程,完善了有限催化条件下高温热化学非平衡流场气动热环境数值模拟方法和程序。在此基础上,针对廉金属热电偶传感器热流测量问题,开展了不同条件下高超声速热化学非平衡流场气动热环境数值模拟,分析了催化特性差异对局部气动热环境（传感器表面热流）的影响规律,为试验数据的误差带分析、修正处理和使用提供参考。研究表明：1）催化特性差异会给局部区域带来很强质量扩散热流,使总热流发生跳变,给传感器热流测量带来不可忽视的误差;2）材料催化特性差异越大,热流跳变量越大,某些条件下时,局部热流值将远远高于全表面FCW模拟的结果,其影响量可达100%以上;3）本文计算条件下,飞行马赫数越大、飞行高度越低,催化特性差异的影响越大;4）催化特性差异带来的影响还与飞行攻角、飞行器表面温度等因素存在一定关联,在催化复合系数相同情况下,表面温度越高,影响量越大。 展开更多
关键词 热流传感器 气动热环境 高温气体非平衡效应 催化效应 数值模拟
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高温气体效应对高超声速磁流体控制的影响 被引量：5
13
作者 丁明松 刘庆宗 +3 位作者 江涛 高铁锁 董维中 傅杨奥骁 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期77-89,共13页
高温气体效应会严重影响高温气体流场的流动特性,进而影响高超声速磁流体控制效率。基于低磁雷诺数假设,通过耦合求解带电磁源项的三维Navier-Stokes流场控制方程和电场泊松方程,开展完全气体模型、平衡气体模型、化学非平衡气体模型、... 高温气体效应会严重影响高温气体流场的流动特性,进而影响高超声速磁流体控制效率。基于低磁雷诺数假设,通过耦合求解带电磁源项的三维Navier-Stokes流场控制方程和电场泊松方程,开展完全气体模型、平衡气体模型、化学非平衡气体模型、热化学非平衡气体模型等条件下的高超声速磁流体控制数值模拟,分析气体模型对磁流体控制的影响,研究高温气体各种非平衡效应及焦耳热振动能量配比等对高超声速磁流体控制的影响规律。研究表明:化学非平衡效应对高超声速磁流体控制影响显著,采用化学非平衡气体模型模拟得到的磁控增阻特性介于完全气体模型和平衡气体模型之间,平衡气体和完全气体模型磁控热流变化的定性规律,与非平衡气体模型模拟结果差异很大;热力学非平衡效应对高超声速磁流体控制的影响,与焦耳热振动能量作用比率紧密相关,随该配比增大,磁场增阻效果由67%降到约12%;高温气体效应会极大地降低磁控增阻效果,会明显地增强部分表面区域的磁控热流减缓效果,要准确数值模拟高超声速磁流体控制,必须有效地考虑化学和热力学非平衡效应,同时选用接近实际情况的焦耳热振动能量配比。 展开更多
关键词 磁流体动力学 等离子体 高温气体效应 高超声速 热流
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火星大气高温光谱建模与非平衡辐射热流预测 被引量：4
14
作者 吕俊明 李飞 +1 位作者 李齐 程晓丽 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期27-38,共12页
火星科学实验室成功着陆后的热环境重构数据表明,气动辐射加热在火星进入防热设计中具有不同于以往认识的重要影响,未知机制和模型不确定性等问题有待进一步研究。探测器高速进入火星大气产生极高温非平衡气动环境,造成火星气动辐射与常... 火星科学实验室成功着陆后的热环境重构数据表明,气动辐射加热在火星进入防热设计中具有不同于以往认识的重要影响,未知机制和模型不确定性等问题有待进一步研究。探测器高速进入火星大气产生极高温非平衡气动环境,造成火星气动辐射与常规CO;红外辐射研究显著不同。针对火星大气高温光谱和辐射热流预测,首先,建立适用于火星大气的高温非平衡光谱辐射模型,获得典型高温条件CO;光谱结构和辐射强度,与NASA和JAXA试验结果对比,结果显示符合较好。其次,依靠激波管和发射光谱测量技术,开展典型进入条件的辐射强度测量试验,数值结果、试验值和NASA试验结果相互符合较好,验证了光谱模型。最后,对探路者号进行气动辐射加热分析,完成典型进入条件下的非平衡流动和辐射特性计算,基于光线法得到光谱辐射强度沿驻点线的变化,表明高速与低速条件的气动辐射机制存在显著差异;基于有限体积法获得进入器表面辐射热流分布,结果显示辐射热流的分布及变化规律与地球再入显著不同,进入速度6 km/s以下时辐射热流随进入速度增加而减小,同时进入器锥身及肩部的辐射热流高于驻点区域。 展开更多
关键词 火星进入 热防护设计 气动热力学 气动辐射 非平衡流动 光谱辐射强度 辐射加热
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磁控热防护系统在天地往返运载器上的应用仿真 被引量：3
15
作者 丁明松 刘庆宗 +3 位作者 江涛 董维中 高铁锁 傅杨奥骁 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期176-187,共12页
磁控热防护技术在高超声速领域显现出广泛的应用前景。考虑高超声速流动磁流体力学控制涉及的等离子体生成机制、多电离组分导电机理以及电磁流动能量/动量输运机制,通过耦合求解电磁场泊松方程和带电磁源项的高温热化学非平衡流动控制... 磁控热防护技术在高超声速领域显现出广泛的应用前景。考虑高超声速流动磁流体力学控制涉及的等离子体生成机制、多电离组分导电机理以及电磁流动能量/动量输运机制,通过耦合求解电磁场泊松方程和带电磁源项的高温热化学非平衡流动控制方程组,搭建了高超声速磁控热防护数值模拟平台。结合美国航天飞机"哥伦比亚"号(OV-102)近似外形和5种磁场配置方案,较为系统地开展了磁控热防护系统在高超声速"滑翔返回式"天地往返运载器上的应用仿真研究。结果表明:搭建的磁控热防护仿真平台具备偶极子磁场、均匀磁场、螺线管磁场及多个磁场组合条件下复杂外形飞行器气动热环境数值模拟能力,其校验结果与文献或飞行试验数据符合较好;采用合适的磁场配置能有效降低航天飞机的表面热流,显著改善了航天飞机的气动热环境,典型状态的表面热流下降25%以上;局部磁场方向与流动方向的夹角,在一定程度上决定了洛伦兹力的强度和方向,对磁控效果的影响明显。 展开更多
关键词 磁控热防护 天地往返运载器 高超声速 高温气体效应 气动热
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化学非平衡效应对返回舱再入气动力特性的影响 被引量：6
16
作者 吕俊明 潘宏禄 +1 位作者 苗文博 程晓丽 《航天返回与遥感》 2014年第3期11-19,共9页
高空高马赫数条件下，化学非平衡效应将对飞行器气动特性产生影响，影响飞行器气动布局优化和飞行弹道设计。文章通过三维化学非平衡流动求解程序，针对再入返回器开展数值研究与机理分析，通过对比完全气体模型和化学非平衡气体模型获... 高空高马赫数条件下，化学非平衡效应将对飞行器气动特性产生影响，影响飞行器气动布局优化和飞行弹道设计。文章通过三维化学非平衡流动求解程序，针对再入返回器开展数值研究与机理分析，通过对比完全气体模型和化学非平衡气体模型获得的气动力参数，揭示化学非平衡效应对流场结构和气动力特性的影响和规律。结果表明，对Apollo的气动力计算结果验证了模型和计算方法；化学非平衡效应影响下，激波层内化学反应消耗大量能量，致使激波脱体距离减小，气体压缩性增强；典型状态高度为70 km，Ma=30条件下，化学非平衡效应导致返回器升力系数增大约6%、阻力系数增大约1.3%～3.3%、升阻比增大3%左右、俯仰力矩系数增大，从而使配平攻角减小约2.5＆#176;；通过机理分析，发现化学非平衡效应影响下表面压力系数发生变化的原因是飞行器周围激波形状及驻点压力改变，表现为气体沿流线经激波层、压缩区和膨胀区的历程变化；对于钝体形状的返回器，迎风面前体压力系数增加和后体压力系数降低，造成轴向力和法向力系数增大。 展开更多
关键词 化学非平衡效应 再入 气动力特性 高超声速
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高超声速飞行器关键部位气动热计算 被引量：8
17
作者 杨恺 高效伟 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期13-18,共6页
运用快速算法对高超声速飞行器外表面的一些关键部位经受的气动热环境进行计算分析。在理论和经验公式的基础上,利用轴对称比拟法考虑攻角影响,采用局部相似性解及参考焓等方法确定飞行器有攻角再入的表面气动加热,发展了一套高超声速... 运用快速算法对高超声速飞行器外表面的一些关键部位经受的气动热环境进行计算分析。在理论和经验公式的基础上,利用轴对称比拟法考虑攻角影响,采用局部相似性解及参考焓等方法确定飞行器有攻角再入的表面气动加热,发展了一套高超声速飞行器关键部位气动热的计算方法。以钝锥为算例对计算方法进行了验证,结果表明,本文所述方法具有较高的效率和精度。 展开更多
关键词 高超声速 关键部位 气动热计算 工程算法
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高超声速飞行器气体辐射噪声计算方法 被引量：3
18
作者 吕俊明 郝景科 +1 位作者 程晓丽 俞继军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期92-99,共8页
高超声速飞行器周围的激波层内高温气体会发生剧烈的物理化学变化,伴随强烈的光辐射过程,直接影响红外导引头的光学成像效果。采用流体力学Navier-Stokes方程和热化学非平衡模型模拟高温非平衡流动,考虑电子跃迁和振转跃迁以窄带法求解... 高超声速飞行器周围的激波层内高温气体会发生剧烈的物理化学变化,伴随强烈的光辐射过程,直接影响红外导引头的光学成像效果。采用流体力学Navier-Stokes方程和热化学非平衡模型模拟高温非平衡流动,考虑电子跃迁和振转跃迁以窄带法求解气体辐射特性参数,基于有限体积法离散辐射传输方程,在分别验证流场解算、辐射参数求解和辐射传输计算的基础上,进行了飞行器高速飞行的流动和辐射模拟。数值求解得到了飞行器流场特征和粒子数空间分布。计算的选定波长范围内的气体辐射发射系数空间分布显示其与激波形状和波后气体温度分布相似。通过传输得到的飞行器光学窗口视线路径上的气体辐射噪声成轴对称分布,发现辐射噪声和飞行速度、气体成分等密切相关,马赫数增加时气体辐射噪声显著增强。 展开更多
关键词 气动光学 气体辐射 高超声速 非平衡 辐射噪声
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热阻力概念的修正及计算方法 被引量：9
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作者 程小虎 曾艳华 《防灾减灾工程学报》 CSCD 2006年第4期404-408,共5页
以隧道火灾为背景,对一维加热管流中的热阻力进行了研究。通过压力场数值模拟与理论分析,直接证实了热阻力的存在,并表明传统概念上的热阻力明显大于实际的能量损失。根据能量方程提出水平无粘管流的热阻力应等于气流经过加热区的全压力... 以隧道火灾为背景,对一维加热管流中的热阻力进行了研究。通过压力场数值模拟与理论分析,直接证实了热阻力的存在,并表明传统概念上的热阻力明显大于实际的能量损失。根据能量方程提出水平无粘管流的热阻力应等于气流经过加热区的全压力降,而非静压力降;等截面管流的热阻力大小应为传统热阻力值的1/2。这一修正使热阻力概念具有了严格的流体力学意义。在定义新的热阻力系数基础上,建立了2个热阻力系数表达式及低马赫数条件下热阻力的近似表达式。将该近似表达式与热损失方程进行对比,表明两者在低马赫数条件下具有一致性。研究成果进一步发展了热阻力理论体系,对隧道火灾及其它相关工程热物理问题的研究与应用都具有重要价值。 展开更多
关键词 隧道火灾 热阻力 热流体学 压力场
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化学非平衡效应对返回舱气动特性的影响分析 被引量：5
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作者 吕俊明 程晓丽 +1 位作者 俞继军 黄育群 《航天器环境工程》 2016年第4期370-377,共8页
航天器返回舱再入过程中,高马赫数造成激波层内气体温度急剧升高,由此导致的化学非平衡效应对返回舱气动特性将产生显著影响。而飞行高度和速度的变化影响着化学非平衡过程,进而改变对飞行器气动特性的影响程度。文章通过求解三维Navier... 航天器返回舱再入过程中,高马赫数造成激波层内气体温度急剧升高,由此导致的化学非平衡效应对返回舱气动特性将产生显著影响。而飞行高度和速度的变化影响着化学非平衡过程,进而改变对飞行器气动特性的影响程度。文章通过求解三维Navier-Stokes流体动力学方程,利用耦合化学反应动力学模型对返回舱再入开展数值研究与机理分析,获得量热完全气体模型和化学非平衡气体模型的气动力预测值,分析飞行条件变化时化学非平衡效应对气动特性的影响规律。根据Apollo返回舱的AS-202飞行试验数据验证了计算模型与数值方法。对返回舱的模拟结果表明,高度不变、马赫数增大时,完全气体模型的气动特性预测值不变,化学非平衡效应影响下的轴向力系数、法向力系数和俯仰力矩系数与完全气体预测值的偏差均增大,化学非平衡效应增强;马赫数不变、高度增大时,化学非平衡效应造成的气动力预测值偏差也增大,配平攻角差值略有增加,化学非平衡效应同样增强。机理分析发现,飞行条件变化所造成的化学非平衡流场和压力分布变化是影响气动力变化的主要原因。 展开更多
关键词 化学非平衡效应 再入 气动特性 高超声速 飞行条件
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