火星大气来流模拟装置CFD仿真与试验

发布时间：2025-01-08 22:17

　　 根据我国火星着陆巡视器工作过程,其着陆发动机需要在相对火星大气高速迎风运动中可靠点火。由于巡视器着陆时发动机喷管出口气流与火星稀薄气流方向相反,目前无法通过理论计算准确获得着陆过程的动态流场对发动机起动过程的影响量值。为验证火星着陆环境下发动机点火的适应性,需要建立发动机的火星大气来流试验环境模拟条件。为模拟发动机在火星大气条件下的相对运动,在真空舱内发动机保持固定,前端设置环形来流形成装置,该装置在发动机喷管周围形成一定速度的逆向来流包络。采用数值模拟技术结合试验验证方法,在火星着陆器巡视器主发动机性能考核试验中,针对来流的形成装置开展了设计研究工作。来流模拟试验测试数据表明:在确保贮箱供应压力稳定的条件下,来流模拟系统能够形成100～200 m/s速度的稳定来流,发动机在来流下能稳定启动工作,真空舱压力满足试验要求。

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【部分图文】：

图1 来流形成原理图

为模拟发动机在火星大气条件下的相对运动,在真空舱内发动机保持固定,前端设置环形喷气装置,该装置带夹角喷气在发动机喷管周围形成一定速度的逆向来流包络,模拟发动机的逆向来流环境,原理示意如图1所示。2.2逆向来流模拟装置设计

图2 来流模拟装置3D结构原理

发动机在真空舱内进行来流模拟试验,逆向来流模拟装置设计需考虑发动机在真空舱内的安装位置、燃气正常导流引射、扩压器结构尺寸等问题。首先,喷气装置外径尺寸设计应小于扩压器入口直径,否则环状喷气装置在扩压器内部无法安装;其次,环形射流装置与喷管出口的轴向距离以来流装置喷气产生逆向来流吹....

图3 计算区域网格

真空舱、发动机喷管、来流模拟装置均为圆形轴对称,可采用二维轴对称模型计算分析。在划分网格时,考虑到发动机喷管外部流场流动变化的特点,外场区域网格总体上由密变疏,而对于发动机喷管内部主流区、壁面附面层、发动机喷管出口以及可能出现激波或流动分离的区域都做了不同程度的局部网格加密(图3....

图4 无导流装置时发动机工作真空舱参数云图

从图4计算结果分析,在无导流装置时,来流模拟装置可在发动机喷管前端形成有效的来流包络,但在发动机喷管与扩压器出口引射系统的共同引射作用下,来流仍然能越过发动机喷管,进入真空舱内,导致真空舱以及发动机附近压力约在8000Pa,不满足发动机工作环境压力1000Pa要求。因此必....

本文编号：4024701