回收类航天器再入跨流域非平衡气动力热绕流问题气体动理论统一算法

【作者】 李志辉； 彭傲平； 吴俊林； 蒋新宇； 张子彬； 李明；

【机构】 中国空气动力研究与发展中心； 北京流体动力科学研究中心国家计算流体力学实验室；

【摘要】 针对回收类航天器(返回舱)再入过程所遇跨流域多尺度非平衡绕流问题,揭示了返回舱再入跨流域复杂高超声速流动变化规律,简述了跨流域空气动力学几种模拟手段的适应性特点与展望,基于Boltzman方程碰撞积分物理分析与可计算建模,构造了考虑完全气体、转动非平衡、含振动能激发热力学非平衡效应各流域统一Boltzmann模型方程,建立了返回舱再入气动力热绕流问题气体动理论统一算法。结合DSMC方法、近连续过渡流区N-S/DSMC耦合算法、经滑移边界流理论修正的N-S方程解算器等方法间验证补充,建立了求解Boltzmann模型方程气体动理论统一算法(GKUA)适于返回舱再入从外层空间自由分子流到近地面连续流跨流域空气动力学一体化模拟平台。将此平台用于再入H=110km～30km各流域球体、高超声速尖前缘中空柱裙、返回舱稀薄过渡流以至近连续流区气动力/热与姿态配平绕流问题计算与试验分析比较,证实统一算法在高稀薄流区,与DSMC吻合很好;在连续流区,与(滑移)N-S解算器相一致;在中间过渡带,与N-S/DSMC耦合算法相容;研究体会到,从介观层次Boltzmann方程可计算建模发展气体动理论统一算法用于计算返回舱再入气动力/热问题,具有全飞行流域计算一致收敛性。更多还原