真空环境下发动机喷流导流流场数值模拟

发布时间：2023-01-12 16:29

　　航天器在地外天体表面发射是飞行过程中的一个关键环节。发动机喷出的高速喷流对发射平台的冲击所引起的热、力载荷,以及反射流对航天器产生的综合作用,会在航天器表面形成扰动载荷,影响发射的精度和姿态,甚至会进一步导致航天器发射失败,因此,有必要在发射平台上安装合理的导流装置,使羽流顺利排出,对发射平台的干扰最小。本文通过了解国内外真空羽流流动问题的研究现状,结合稀薄气体动力学相关理论,通过利用适用于稀薄气体流场的数值计算手段——直接模拟蒙特卡罗方法（DSMC方法）,针对真空环境下航天器发动机喷流导流问题进行数值仿真,完成不同种类导流流场的仿真计算以及工况分析。主要内容如下:（1）通过利用DSMC方法建立真空羽流导流流场的仿真计算模型,完成氮气分子以及水蒸气分子两种单质工质气体在真空环境下发动机喷流流场的数值求解,并对比分析两种工质下流场的差异性,初步获得了真空环境下发动机羽流导流流场的分布规律及气体物理参数数据;（2）针对平板导流、斜板导流、圆锥导流三种导流方案,计算在发射过程中发动机喷流流场,获得流场压力、温度、马赫数等参数的分布规律,并与自由流场进行对比分析,得出锥面导流结构效果最好的结论... 

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 真空喷流流场的研究背景及意义
    1.2 国内外真空羽流流场问题的研究现状
        1.2.1 真空羽流流场的研究现状
        1.2.2 真空羽流流场DSMC方法研究-
    1.3 主要研究内容
第2章 发动机真空喷流导流流场理论研究
    2.1 稀薄气体动力学理论
        2.1.1 流动区域划分
        2.1.2 速度分布函数
        2.1.3 稀薄气体动力学三大基本假设
        2.1.4 玻尔兹曼(Boltzmann)方程
        2.1.5 分子的运动特性模型
    2.2 真空羽流导流流场DSMC方法研究
        2.2.1 DSMC数值计算方法基本思想
        2.2.2 DSMC方法仿真程序的流程以及计算步骤
        2.2.3 DSMC方法程序关键步骤的程式化处理
    2.3 本章小结
第3章 发动机真空喷流导流流场数值方法研究
    3.1 导流结构物理模型的建立
        3.1.1 物理模型的建立
        3.1.3 初始流动参数及边界条件设定
    3.2 真空羽流导流数值方法验证
        3.2.1 实验一
        3.2.2 实验二
    3.3 探究不同工质流场的差异性分析
        3.3.1 仿真模型及仿真工况
        3.3.2 仿真结果
    3.4 本章小结
第4章 发动机喷流导流结构方案研究
    4.1 羽流的自由流场与导流流场对比研究
        4.1.1 仿真工况及边界条件
        4.1.2 仿真结果
    4.2 导流结构与喷管间的距离的影响研究
        4.2.1 平板导流结构数值仿真
        4.2.2 斜板导流结构数值仿真
        4.2.3 直圆锥面导流方案数值仿真
    4.3 圆锥面导流方案对比研究
        4.3.1 母线斜率对导流流场的影响
        4.3.2 凹锥对导流流场的影响
    4.4 出口参数变化对导流流场规律的影响研究
        4.4.1 出口流速
        4.4.2 出口压力
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3730137