基于理论解析方法的高真空羽流流动及红外辐射研究

发布时间：2024-01-31 19:20

　　高真空羽流指空间目标上火箭发动机在高真空环境工作时产生的燃气射流迅速膨胀扩散流动状态。这种急剧膨胀的羽流会对空间目标产生冲击、侵蚀,其产生的辐射特性已应用于空间目标的探测、识别。基于无碰撞的自由分子流理论模型对高真空羽流的流场进行了快速预测分析方法研究,获得了高真空羽流的膨胀、扩散分布特性,得到了符合认识的流动规律结果,在计算得到高真空羽流流动参数的基础上,采用佛奥特线型函数描述稀薄气体的展宽,结合逐线积分法+视在光线法计算得到高真空羽流的辐射特性。研究结果表明:高真空羽流的轮廓特性及扩散分布是由喷管出口的点源强度所决定的,点源强度越强,羽流扩散的越厉害,同时轴线上无量纲的密度、温度越高;喷管出口温度相同时,高真空羽流辐射强度随点源增加而增强;出口速度相同时,羽流辐射强度随点源增加而减小;在点源强度相同时,羽流辐射强度与推力正相关。

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【部分图文】：

图1高真空羽流的坐标系统

为获得空间任意位置P(x,0,z)的气体状态，建立如图1所示的三种空间坐标系，并以表示羽流的点源强度，在空间任意位置的分子数密度n1(x,0,z)、宏观速度U1(x,0,z)、W1(x,0,z)和温度T1(x,0,z)可表示为喷口径向尺寸和周向角度的定积分形式。公式(2)～(5)....

图2不同方法计算的不同Kn数对应的无量纲密度分布比对

图2中上半部分是采用数值解析方法计算的高真空羽流无量纲的密度分布，下半部分为参考文献[16]中采用DSMC方法以及Simons的Cosine-law模型计算的高真空羽流无量纲的密度分布。图2(a)对应的Kn=100，图2(b)、(c)分别对应的Kn=0.1、Kn=0.01。由图2....

图3不同点源强度下高真空羽流的无量纲流动参数分布

计算表1各工况的高真空羽流场，从计算结果可见在出口温度恒定条件下不同点源强度的高真空羽流流场分布特性，图3是工况T2流动的无量纲参数分布图，其中上半部分是点源强度1.5，下半部分为点源强度2.5。由图3(a)可见，流场的数密度分布呈现“椭球”形态扩散，以数密度下降到0.001作为....

图4不同点源强度下轴线方向上的无量纲数密度和温度分布

由图4可见，随着点源强度的增加，轴线上密度下降的越缓慢，并在10倍喷口直径处趋于一致，无量纲温度随点源增强具有相似变化趋势，在5倍喷口直径处趋于稳定，但是点源越强稳定后的温度越高，图4(a)和图4(b)比对可见，尽管喷管出口的温度和压强不一样，但是在保证其点源强度相同的情形下，羽....

本文编号：3891409