大气环境对火星探测器气动特性影响分析

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1、航天返回与遥感第37卷第2期18SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2016年4月大气环境对火星探测器气动特性影响分析122马洋张青斌丰志伟（1第二炮兵工程大学动力工程系，西安710025）（2国防科学技术大学航天科学与工程学院，长沙410073）摘要为了探索火星大气环境与地球大气环境的差异对探测器气动性能的影响，文章以“火星科学实验室”（MSL）为研究对象，采用计算流体力学方法研究开伞阶段MSL在两种大气环境下的气动特性。分析了典型开伞阶段的来流条件，采用克努森数界定是否需要在数值仿真时考虑稀薄气体效应，认为气流满足连续介质假设。数值仿

2、真结果表明，攻角小于20°时两种大气环境下的气动力系数较为接近，反之气动力系数差别较大，并且大部分计算状态下火星大气环境下的气动力系数大于地球大气环境下的气动力系数。马赫数为0.3和2.1时，两种大气环境下的气动力系数差异较大，马赫数为0.9和1.5时气动力系数较为接近。两种大气环境下，气动力系数随攻角的变化趋势大致相同，但随马赫数的变化趋势存在较大差别。典型超声速流场对比分析表明，火星大气的低密度特点会导致激波脱体距离更大、膨胀波束分布更广，进而导致探测器表面压力偏大。研究对于探测器减速着陆研究具有一定的参考意义。关键词火星探测气动减速火星科学实验室大气环境气动特

3、性深空探测中图分类号:V411文献标志码:A文章编号:1009-8518(2016)02-0018-08DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2016.02.003InfluenceofAtmosphereConditiononAerodynamicCharacteristicsofMarsProbe122MAYangZHANGQingbinFENGZhiwei（1DepartmentofPropulsionEngineering,SecondArtilleryEngineeringUniversity,Xi’an710025,China）（2C

4、ollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China）AbstractToidentifytheinfluenceofatmosphericconditiononaerodynamiccharacteristicsofMarsprobe,theaerodynamiccharacteristicsofMarsScienceLaboratory(MSL)inthestageofopeningparachuteunderthecon

5、ditionofMarsandEarthatmosphereareresearched.TheComputationalFluidDynamics(CFD)isemployedtosolvetheflowfield.ThecontinuityofMarsatmosphereattypicalsimulationaltitudeisanalyzedandtheKnudsennumberisusedasthequantitativecriterionforconsideringrarefiedgaseffectornot.Accord-ingtocalculating,

6、theKnudsennumberismuchsmallerthanthecriticalvalue,sotherarefiedgaseffectcanbeignored.SomeusefulconclusionsareobtainedfromCFDcomputation.First,whentheangleofattackwassmallerthan20degree,theaerodynamiccoefficientsofMSLacquiredunderthetwoatmosphericconditionsareapproximative.Onthecontrary

7、,thecoefficientsareconsiderablydifferent.Second,theaerodynamiccoeffi-cientsofMSLacquiredinMarsatmospherearelargerthanthoseinEarthatmosphereinmostcomputationalcases.Third,whenMachnumberis0.3and2.1,thedifferenceofaerodynamiccharacteristicsofMSLisob-vious,whileMachnumberis0.9and1.5,thed