再入航天器逆向射流干扰特性的数值模拟研究

【作者】 刘逸伦； 刘智侃； 王刚；

【机构】 西北工业大学航空学院航空器设计工程系； 飞行器基础布局全国重点实验室；

【摘要】 逆向射流作为一种主动流动控制技术,可用于再入飞行控制、高马赫飞行减阻和气动热防护等领域。在载人航天器再入过程中,通过适当调节逆向射流的喷流条件,可改变航天器周围的流场结构以降低航天器所受阻力,减轻超重过载值过高对人员产生的不利影响。为研究航天器再入过程中逆向射流对流场结构和航天器所受阻力的影响,本文在自由来流马赫数为3.48的超声速流场中,对阿波罗飞船返回舱2.6%缩比模型的无逆向射流和有逆向射流两种情况进行了数值模拟。逆向射流由出口设计马赫数为2.94的拉瓦尔喷管产生。数值模拟中探究了不同喷管质量流量和自由来流攻角下弓形激波脱体距离以及返回舱所受阻力,并对流场结构和流动稳定性做了分析。结果表明,逆向射流与超声速自由来流之间存在强烈的相互干扰,会产生激波-激波干扰、激波-自由剪切层干扰等复杂的流动结构。逆向射流根据其流场结构可分为长穿透和短穿透两种模态,其中长穿透模态具有较强的非定常效应。随着喷管质量流量的提高,逆向射流由长穿透模态转变为短穿透模态,弓形激波脱体距离在长穿透模态下先增大后减小,在短穿透模态下逐渐增大。此外,随着自由来流攻角的增大,长穿透模态的流场结构易被破坏,返回舱所受阻力相较于无射流状态下无明显降低;短穿透模态的流场结构可以保持稳定,即使自由来流攻角达到10°,返回舱所受阻力相较于无射流状态下仍有较大幅度的降低。更多还原