The invention discloses a Mars atmospheric environment of real gas aerodynamic performance prediction method, the method to calculate the Mars rover hypersonic flow under the zero angle of the chemical non-equilibrium model, extract the mass percentage of normal shock wave position and temperature of each gas component from the flow field, and then through the thermodynamic relations and mass percentage the weighted average equivalent specific heat ratio of mixed gases of eff gamma value; the ratio of equivalent specific heat gamma eff known as input parameters of perfect gas model, using CFD numerical simulation of Mars Mars probe in real gas environment simulation method for aerodynamic characteristics. The accuracy and reliability of the proposed method are verified by a typical example of Phoenix Mars probe in the United States, which can accurately and efficiently predict the aerodynamic performance of the Martian atmosphere under the effects of the real gas effect.
【技术实现步骤摘要】
一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法
本专利技术涉及一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法,可准确高效地进行火星大气真实气体效应作用下的气动力性能快速预测。
技术介绍
火星探测器以超高速飞行进入火星大气层,进入阶段的气动力精确预测是探测器气动布局设计的前提。火星探测器高超声速流动的主要特点是:以CO2气体为主要介质,呈现低雷诺数、高马赫数的特点,且流动常伴有真实气体效应。只有充分理解火星大气环境下的高超声速流动的特殊性,建立与之相适用的气动力预测方法,才能有效精确地预测火星探测器的气动力特性,进而确保火星探测着陆器的气动布局设计可靠。化学非平衡模型能够较好地模拟火星大气环境中的真实气体效应,但计算效率相对较低,所耗费的计算资源和计算时间较高。与化学非平衡模型相比,选择合适的比热比来等效伴有真实气体效应的非空气介质高超声速流动,也即等效比热比模型,可以作为火星探测器进入段气动力特性预测的一种简单有效的研究手段。等效比热比模型是对真实气体效应的近似,在满足工程设计精度要求的前提下,通过选取适当与准确的等效比热比γeff值,相较于采用化学非平衡气体模型的数值预测方法,能够非常有效地节省计算时间和成本。现有的等效比热比模型对于比热比值的选取,通常采用以下几种方法:(1)根据平衡流动和等效流动激波层内温度相匹配,将波后温度对应的比热比作为等效比热比;(2)根据平衡流动和等效流动激波前后密度比相匹配,通过正激波关系式得到等效比热比:(3)根据平衡流动和等效流动激波脱体距离相匹配而得到等效比热比。以上这些方法所得到的比热比等效值并不相同,且不能完全模拟出火星探测器 ...
【技术保护点】
一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法,其特征在于以下步骤:(1)、基于火星大气的化学非平衡模型,通过CFD数值模拟方法计算预设的高超声速、零攻角、零侧滑角状态下的火星探测器绕流流场参数,所述绕流流场参数包括绕流流场中各气体组分的质量百分比、流场压力P、流场温度T和流场密度ρ;(2)、根据步骤(1)所获得的预设的高超声速、零攻角、零侧滑角状态下的火星探测器绕流流场参数,找出火星探测器对称轴上气体温度T或当地密度与来流密度比ρ/ρ∞出现阶跃变化的位置,即绕流流场中正激波与探测器对称轴的交点;(3)、从绕流流场参数中提取正激波与探测器对称轴的交点处的气体温度T、各气体组分的质量百分比Qi,i=1~N,并计算各气体组分的定压比容Cpi(T),i=1~N,N为火星气体组分数;(4)、通过各气体组分的质量百分比加权得到正激波与探测器对称轴交点处混合气体的定压比容Cp(T):
【技术特征摘要】
1.一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法,其特征在于以下步骤:(1)、基于火星大气的化学非平衡模型,通过CFD数值模拟方法计算预设的高超声速、零攻角、零侧滑角状态下的火星探测器绕流流场参数,所述绕流流场参数包括绕流流场中各气体组分的质量百分比、流场压力P、流场温度T和流场密度ρ;(2)、根据步骤(1)所获得的预设的高超声速、零攻角、零侧滑角状态下的火星探测器绕流流场参数,找出火星探测器对称轴上气体温度T或当地密度与来流密度比ρ/ρ∞出现阶跃变化的位置,即绕流流场中正激波与探测器对称轴的交点;(3)、从绕流流场参数中提取正激波与探测器对称轴的交点处的气体温度T、各气体组分的质量百分比Qi,i=1~N,并计算各气体组分的定压比容Cpi(T),i=1~N,N为火星气体组分数;(4)、通过各气体组分的质量百分比加权得到正激波与探测器对称轴交点处混合气体的定压比容Cp(T):(5)、根据步骤(4)计算得到的正激波与探测器对称轴的交点处混合气体的定压比容Cp(T),计算正激波与探测器对称轴的交点处混合气体的比热比γ:γ=Cp(T)/(Cp(T)-R),其中...
【专利技术属性】
技术研发人员:詹慧玲,周伟江,刘周,龚安龙,纪楚群,
申请(专利权)人:中国航天空气动力技术研究院,
类型:发明
国别省市:北京,11
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