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1、,第卷第期流体力学实验与测!,年月航天飞行中的稀薄气体动力学沈青,中国科学院力学所北京。摘要飞船、宇航探测器、航天飞机等复杂外形航天器给气体动力学,包括稀薄气体动力学提出了新的要求。本文简要介绍了为计算过渡领域中气动力与热而发展的基于位置元概念的。、方法的通用算法该方法解决了计算物面通量量的技术难点并已用于模拟圆球飞船、类航天飞机的绕流。正在进行的航天实践如麦哲伦飞船对金星的探测、行星大气中的气动制动、伽利略、飞船的木星
2、之行尾屏蔽在太空中获得高真空的实验等等提出了新的气动力问题,稀薄气体动力学。和方法是有力的工具方法关键词稀薄气体动力学航天飞行气动制动尾屏蔽装置中图号引言,对于航天飞行来说了解飞行器在过渡领域所受的气动力和气动热有着愈发重要的意义。、。方法已被证明是在此领域中预言气动力热的有力工具我们最近发展,、了基于位置元概念的算法的新方案解决了计算物面通量量如鸽流压力的难点。、、、。问题〕方法已用来求解圆球飞船类航天飞机等外形的气动力热问题本文首先对于这一方法做一简要介绍。接着,介绍近期国外的一些航天活动,包括麦哲
3、伦飞船对金星的,,,探索行星大气中的气动制动伽利略飞船的木星之行利用尾屏蔽装置在太空中获取高真空的实验等等。我们认为,气动制动和获取高真空是我们应注意的技术,其中会遇到新,。的气动问题而稀薄气体动力学及方法则是有力的工具位置元算法的一种新方案,,求解过渡领域中复杂外形的绕流问题可以用针对具体外形的个别的程序但这样做费时而且需分别调试。发展了基于位置元概念的通用程序,并用来求解了。,发动机尾流和航天飞机附近的流场〕模拟所得升阻比与飞行数据相符证明了该方法,。,的价值但没有解决表面上通量特征量的计算问题我们采用位置元的概念为解决表
4、面,、,。分布的通量特征量如压力热流的计算问题提出了分子在表面反射的几率判据其基础是计算出物体在每个位置元上所张的面元八面积。无论所研究的外形是由解析式或由,,离散数据给出均求出物体表面与表面位置元立方体的所有棱线的交点而物体表面在表国家自然科学基金资助项目收稿日期一一流体力学实验与测量年第卷面元上所张的面积△用构成立方体上所张的面的几个三角形面积之和来表征。确定八,。是计算表面通量特征量所必需的同时也用来做为分子究竟在哪一表面上反射的基础在,,发现一个分子与一表面元相遇后并不立即确定分子就在其上反射而是考察分子前进路,,程
5、上所有的表面元分子在某一表面元上反射的几率正比于该表面元的△,△‘,艺一,尸一△￡⋯艺,。当用较粗的网格时将这一判据加以改变以估计分子掠过的可能性当在分子运动前方有,·,,,外部位置元或当符号由负变正时表面单位法向量单位来流分子速度向,。量分子有掠过表面的可能性应用如下判据分子在第一次碰到的表面元反射的几率为八△,其中△是在同!是位置元立方体在分子速度方向上的投影面积砧昭一方向上的。,‘。,投影面积八!一邸△位置元三个侧面的投影和,认
6、二。二二‘‘‘‘‘￡‘‘‘‘‘月二‘△一‘△。配是位置元边长分子在前一个表面元不反射而在第个元上反射的几率是尸‘一,。,△八。一。“艺站去,,,这一判据仅对一维情况是正确的一般情况仅是一种近似但它允许分子掠过表面这对,。于配不是太小时是很重要的因而是实际而有效的,、为了分辨出在一时间步长山从物面反射的分子走过的很短的路途山看来至少将其分为个步长详份一配。为了捕捉激波结构,分子在激波过渡区在趾内走过的路认认,。程山应小于激波过渡带的厚度匀瓜这两个要求合并成为
7、几、、配,,一。。或者配弋对于这对于高超声速流和不太热的壁是典型的估值。的要求太荷刻,尤其对于小,数情况。故方法中用实数来记录分子位置。位置元像素网格只用来定义飞船的形状,记录下来。元素的△和表面法向的方向余弦,,在我们的方案中网格由网格元素构成后者由个位置元构成算例中用。,,一碰撞对从同一网格中选取但要满足其间距离要小于一定值的条件这样实行起来,。。容易但要付出计算时间长的代价采取了一种网格自适应技术新的网格元不断向正在构筑的网格增添至网格包括有平均网格分子数。构筑网格的优先方向在最小
