一种真空羽流对任意构型设备的影响确定方法技术

本发明专利技术公开了一种真空羽流对任意构型设备的影响确定方法，该方法将真空羽流场计算与流动对设备表面冲击计算解耦，首先得到设备壁面附近未受扰动状态的流场参数；而后通过构造设备表面网格，采用插值方法得到网格中心点流动参数；最后通过修正牛顿理论及选取适用于设备壁面条件的气体与设备表面作用模型，得到羽流作用在设备壁面网格点上的冲击压强、热流密度和质量流密度分布。该方法解决了复杂构型设备真空推力器羽流分析建模困难，计算耗时多等问题，可快速开展复杂构型设备羽流影响评估，为设备位置调整和热防护设计提供设计依据。

【技术实现步骤摘要】
一种真空羽流对任意构型设备的影响确定方法
本专利技术属于推力器(发动机)真空羽流力、热和污染效应分析
，提出了真空羽流对任意构型设备的影响确定方法。
技术介绍
推力器羽流效应分析是航天器研制的重要环节。姿轨控推力器工作期间，产生的羽流可能撞击航天器表面、产生扰动力和力矩，影响航天器控制系统的精度和稳定性；可能对设备表面产生较大的热流，影响设备的工作性能和热防护系统设计；可能污染敏感器和光学镜头，对光学表面，热控涂层以及太阳能电池阵表面产生有害影响，影响星表的设备布局和防护系统的设计，从而直接影响航天器的工作性能和寿命。目前真空羽流效应分析主要有直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC)和工程算法。DSMC的基本思想是用有限多个仿真分子来代替大量的真实气体分子，通过随机抽样仿真分子并跟踪仿真分子的运动轨迹来达到求解真实气体流动问题的目的。DSMC方法必须使用数目足够多的模拟分子，这样才能在流场网格中充分地代表真实气体分子的分布。这个特点决定了DSMC方法的计算精度高，但计算量和内存需求量都很大，计算时间长。在复杂构型、多工况、快需求的工程计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空羽流对任意构型设备的影响确定方法，其特征在于步骤如下：/n1)利用推力器燃烧室热力计算模型，根据推力器燃烧室总压和燃料比例，得到燃烧产物平衡组分及其热力参数；/n2)建立推力器内外区域二维轴对称流场网格，以燃烧产物平衡，分为流动工质，进行推力器内外流场计算；/n3)根据航天器星表设备PROE模型，抽取保留星表设备曲面特征。根据星表设备曲面特征，搭建星表设备三维壳体几何模型，并对设备面进行网格划分；/n4)遍历步骤3)求得的网格点数据和步骤2)中求得的内外流场数据，得到网格中心点处流场特征参数；/n5)根据修正牛顿理论和Knudsen模型，确定真空羽流对复杂构型设备上的羽流力、热和污...

【技术特征摘要】
1.一种真空羽流对任意构型设备的影响确定方法，其特征在于步骤如下：
1)利用推力器燃烧室热力计算模型，根据推力器燃烧室总压和燃料比例，得到燃烧产物平衡组分及其热力参数；
2)建立推力器内外区域二维轴对称流场网格，以燃烧产物平衡，分为流动工质，进行推力器内外流场计算；
3)根据航天器星表设备PROE模型，抽取保留星表设备曲面特征。根据星表设备曲面特征，搭建星表设备三维壳体几何模型，并对设备面进行网格划分；
4)遍历步骤3)求得的网格点数据和步骤2)中求得的内外流场数据，得到网格中心点处流场特征参数；
5)根据修正牛顿理论和Knudsen模型，确定真空羽流对复杂构型设备上的羽流力、热和污染影响。


2.根据权利要求1所述的一种真空羽流对任意构型设备的影响确定方法，其特征在于：所述步骤1)的具体过程为：根据经验给定初始燃烧温度和燃烧产物构成，利用最小吉布斯自由能法求解质量守恒方程和化学平衡方程，计算得到给定温度和压强条件下燃烧产物平衡组分；基于绝热-化学平衡模型总焓不变假设，采用Newton-Raphson方法迭代求解绝热燃烧温度及该温度下的燃烧产物平衡组分；在当地化学平衡或者固定成分假设下，计算得到燃烧产物平衡组分混合热力参数，包括气体压强、密度、摩尔质量、定压比热和比热比。


3.根据权利要求1所述的一种真空羽流对任意构型设备的影响确定方法，其特征在于：所述步骤2)的具体过程为：对于推力器内部流场，假设为层流，用N-S方程求解器计算推力器内部亚声速或超声速流动；推进器外部喷嘴附近区域忽略黏性，用Euler方程求解器计算流场；对于推力器外部远离喷嘴区域，采用基于工程经验的点源法进行流场计算。


4.根据权利要求3所述的一种真空羽流对任意构型设备的影响确定方法，其特征在于：所述推力器外部喷嘴附近区域为距离喷嘴100喉部半径内区域，所述推力器外部远离喷嘴区域为距离喷嘴100喉部半径外区域。


5.根据权利要求1所述的一种真空羽流对任意构型设备的影响确定方法，其特征在于：所述步骤3)的具体过程为：对于航天器星表设备，首先根据PROE模型将其简化为由曲面组成的三维壳体；关于组成壳体的曲面，分为简单几何外形曲面和复杂几何外形曲面两大类；所述华简单几何外形曲面定义为可以用一次方程和二次方程解析描述的曲面，一次方程具体形式见式(1)，二次方程具体形式见式(2)；所述复杂几何外形曲面定义为不能用式(1)和式(2)解析描述的曲面；当式(1)和式(2)中的14个系数分别取不同的值时，代表了不同的曲面类型；通过对曲面二维方向定义合适的节点个数，用三角形和四边形网格完成二次曲面网格划分；对于不能用式(1)和式(2)解析描述的复杂曲面，将其导入PATRAN软件，利用自动划分工具Paver完成复杂曲面网格划分；根据面网格对应节点，针对三角形网格利用三节点或针对四边形网格利用四节点加权平均计算出网格中心点坐标，利用平面几何关系计算出网格平面法向方向。
c1x+c2y+c3z+d＝0(1)
a11x2+a22y2+a33z...

【专利技术属性】
技术研发人员：王黎珍，郑世贵，张旭，周耀华，迟军，史纪鑫，王东，杜卓林，郑伟，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11