针对火星和地球大气分子热力学和化学行为的差异性,采用理论分析和数值模拟两种手段,研究探测器进入过程高超声速流动的分子振动激发、离解反应及热力学和化学非平衡等真实气体效应,获得不同气体模型条件下的高超声速气动加热规律,探究引起地火差异的根本原因。分析认为,探测器进入火星大气层的稀薄气体效应明显;激波层内发生CO_2气体为主的大规模离解,在极高温环境下O_2和CO也将离解;沿进入轨道的高超声速流动基本处于化学非平衡但热力学平衡状态;激波层内能量储存和分配模式因分子振动激发和化学反应而改变,分子振动激发会增强气动加热量,但均介于化学反应模型的完全非催化和完全催化壁结果之间;相同来流条件下CO_2介质高超声速气动加热强于空气介质,但真实的火星进入热载荷因大气稀薄而弱于地球再入环境。相关研究为我国未来...

基于直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,发展流场直角与表面三角形非结构混合网格生成方法和网格自适应技术,构造适于高稀薄流到近连续滑移流多流区共存的变时间步长模拟策略及DSMC区域分解并行计算方案。采用经改进的DSMC方法模拟飞船返回舱再入过程130～70km跨越外层空间自由分子流到稀薄过渡近连续流区热化学非平衡流动,研究分析了跨流域激波过渡带和边界层的强扰动演变规律以及稀薄气体效应、高温真实气体效应对返回舱气动特性和配平特性的影响规律。对比分析了不同壁面反射模型对返回舱配平特性的影响特点,计算的探月试验返回器配平迎角与飞行试验数据一致。计算分析了质心位置偏移对配平迎角的影响机制。计算结果表明:稀薄气体效应和壁面反射模型对90km以上高度的气动力和配平特性影响显著,真实气体效应则对90km以下高度的气动特性...

超高压工况下,气动特性分析需考虑真实气体效应。针对超高压驱动系统的气动参数计算问题,提出一种以质量方程和能量方程为基础,联立实际气体状态方程的超高压气动特性分析方法。引入喷管背压和元件传热等边界条件,以及初始热力状态条件,再结合活塞阀门控制规律等,建立了超高压驱动系统气动特性分析模型。对长行程活塞式超高压驱动系统在基准条件下进行气动参数计算,通过对运行特性进行评估,得到的计算结果满足设计指标。

无杆式高压气动弹射器因开口的固有结构决定其存在一定量的泄漏,为此设计并开展样机泄漏测试试验。基于由实验数据拟合的标准干空气热力学状态方程,分别按理想气体和真实气体对比计算泄漏率,并拟合泄漏率随压力、行程变化的经验公式。建立考虑动态泄漏、真实气体效应及真实开阀规律的精确内弹道模型,对考虑和不考虑泄漏两种工况的结果进行对比,并详细分析考虑泄漏的弹射过程中热力学参数与负载运动参数的变化规律,将其与弹射试验数据、流体仿真结果进行对比。研究结果表明按理想气体计算的泄漏率比真实气体偏小约4%;泄漏率不超过4%/s;考虑泄漏的精确内弹道模型计算结果与弹射试验数据、流体仿真结果均基本一致,具有较高的计算精度。

以钝化锥导乘波体为研究对象,开展了高焓激波风洞测热试验以及高温化学非平衡气动加热数值验证,对乘波布局滑翔飞行器前缘线和下壁面热流分布特征进行了研究。结果表明:乘波布局飞行器表面热流主要集中于头部驻点及其附近的前缘小范围区域内;在0°~6°的迎角范围内,迎角的改变基本不会对前缘线热流产生太大影响,但会导致下壁面热流明显增加;而侧滑角即使在0°~4°的范围内变化,也将导致前缘线迎风一侧热流明显增加。

为考察再入过程中壁面催化效应对气动热环境的影响,针对高超声速热化学非平衡流动条件下不同壁面条件(全催化壁面/非催化壁面)对气动加热的影响规律展开了研究。基于热化学非平衡流动特征构造了数值算法,并通过激波-膨胀风洞中开展的高焓高超声速地面试验结果进行了验证,然后考察了不同飞行高度下和典型几何外形下不同壁面条件对气动热环境的影响并分析了其影响机制。研究结果表明在50 km的飞行高度上催化效应明显,此时全催化/非催化壁面条件下热流存在明显差异,这种差异随着高度降低而减小。

为研究超临界二氧化碳干气密封密封环的变形分布,揭示工况条件对密封环变形的影响规律,在考虑CO2真实气体效应的同时,建立考虑密封环对流换热的热-流-固耦合计算模型,借助CFD和CSM计算机仿真技术,研究超临界二氧化碳干气密封动、静环在多重载荷共同作用下的变形规律。研究结果表明:密封环轴向最大热-流-固变形出现在耦合面,热变形和力变形方向相反,其中热变形起主导作用;转速增大,密封环最大轴向热变形和力变形增大,动环最大轴向热-流-固耦合变形减小;介质压力增大,动环和静环最大轴向力变形分别增大66.25%和6.18%,最大轴向热变形和热-流-固耦合变形均减小;进口温度上升,动环和静环最大轴向热变形分别增大40.79%和34.90%,最大轴向力变形基本不发生改变。

为探究湍流效应对S-CO2干气密封性能的影响规律,以螺旋槽干气密封为研究对象,引用考虑离心惯性力效应的湍流Reynolds方程,选择Ng-Pan湍流系数表达式,采用物性软件REFPROP对CO2真实物性进行计算。之后,根据普适能量方程,通过引入包含湍流效应、离心惯性力效应的平均速度,建立了可压缩流体简化能量方程。通过对湍流Reynolds方程与简化能量方程进行耦合求解,分析讨论了不同工况参数与平均膜厚下湍流效应对密封性能的影响。研究表明:湍流效应使得气膜流场内压力与温度分布发生显著变化,流场计算时不可忽略;在不同进口压力、进口温度下,湍流下的开启力和泄漏率显示出与层流一致的变化趋势;在不同平均膜厚下,考虑湍流效应后的开启力呈现出与层流不同的变化规律,而泄漏率表现出与层流相同的变化趋势;在不同进口压力、进口温度、平均膜厚下,湍流下...

主要介绍了在氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中进行真实气体效应中催化效应对气动热影响的实验研究.首先从测试工作的角度，论述了测热模型、测热传感器及风洞改进等关键技术问题及其解决方法.其次描述了在氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中，首次开展气动热风洞试验的过程及其初步结果.结果表明:热流数据随测点位置和迎角的改变呈有规律的变化;在同样条件下，完全催化表面比完全非催化表面热流数值有明显增加的趋向.

针对高压空气弹射系统高压工质功率密度高、扩张性大、冲击力强等特点引入真实气体效应分析了结构参数对气动弹射性能的影响。理论推导了真实气体条件下的比热力学能、比焓等热物理性质参数建立了基于真实气体条件下的气动弹射封闭方程组并进行了数值求解;通过各种结构参数与弹射器性能关系的对比研究获得了弹射器参数对弹射性能影响的变化规律及参数选择规律。数值分析表明：流量开口截面直径越大高压室体积越大低压室体积越小则系统的弹射性能越好弹射性能的动态分析也为系统的全局模糊设计提供了参考依据。