火星进入器高超声速化学非平衡特性数值计算研究.pdf

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1、第２２卷第６期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．６２０１６年１２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＤｅｃ．２０１６火星进入器高超声速化学非平衡特性数值计算研究杨肖峰，唐伟，张昊元，桂业伟，刘磊，杜雁霞（中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室，绵阳６２１０００）摘要：火星探测活动是当前国际深空探测领域的热点，而探测器的进入、下降和着陆阶段的气动特性预测是关系其布局和热防护系统设计的关键问题之一。针对火星进入器高超声速进入过程，发展了火星环境的高超声速化学非平衡流动数值模拟方法，建立了进入段气

2、动特性的有效预测技术。以探路者号火星进入器防热大底为研究对象，采用５组分６化学反应模型开展典型弹道点上的化学反应流动数值模拟。结果表明：ＣＯ在激波层内发生较大程度的离解反２应，火星进入器高超声速化学非平衡特性显著。因化学反应作用强烈，激波层内热传导所致热流量相对较低，而组分扩散造成的热流量占一定比重，计算所得的驻点总加热量与经验公式吻合良好。火星环境的化学非平衡特性的有效预测可为我国未来火星探测任务提供技术支持。关键词：火星进入器；高超声速；化学非平衡；数值模拟；气动热中图分类号：Ｖ２１１文献标

3、识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０６⁃０６９４⁃０６ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｙｐｅｒｓｏｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＮｏｎ⁃ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｆｏｒＭａｒｓＥｎｔｒｙＣａｐｓｕｌｅＹＡＮＧＸｉａｏｆｅｎｇ，ＴＡＮＧＷｅｉ，ＺＨＡＮＧＨａｏｙｕａｎ，ＧＵＩＹｅｗｅｉ，ＬＩＵＬｅｉ，ＤＵＹａｎｘｉａ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣｈｉｎａＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐ

4、ｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｒｓｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｈｏｔｓｐｏｔｓｉｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｓｐａｃｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．Ｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｔｈｅｅｎｔｒｙ，ｄｅｓｃｅｎｄａｎｄｌａｎｄｉｎｇｓｔａｇｅｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｉｓｓｕｅｓｆｏｒｔｈｅｃａｐｓｕｌｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅ

5、ｒｍａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｎｏｎ⁃ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｆｌｏｗｓｉｎｔｈｅＭａｒｔｉａｎｇａｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗａｓｅｓｔａｂ⁃ｌｉｓｈｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｅｎｔｒｙｏｆＭａｒｓｅｎｔｒｙｃａｐｓｕｌｅｓｏａｓｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｎｏｎ⁃ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｂａ

6、ｓｅｄｏｎ５ｓｐｅｃｉｅｓａｎｄ６ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｄｅｔａｉｌｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄｆｌｏｗａｒｏｕｎｄｔｈｅｈｅａｔｓｈｉｅｌｄｏｆＰａｔｈｆｉｎｄｅｒｅｎｔｒｙｃａｐｓｕｌｅａｔｔｙｐｉｃａｌｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｏｉｎｔｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔａｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｄｉｓｓｏｃｉａｔｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｂｏｗｓｈｏｃｋｗａｖｅａｎ

7、ｄｉｔｂｅａｒｅｄｒｅｍａｒｋａｂｌｅｃｈｅｍｉｃａｌｎｏｎ⁃ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ⁃ｔｉｃｓｉｎｔｈｅｓｈｏｃｋｌａｙｅｒ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｓｅｖｅｒｅｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ⁃ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｔｏｔａｌｓｕｒｆａｃｅｈｅａｔｆｌｕｘｇｏｔｓｌｉｇｈｔｌｙｗｅａｋａｎｄｔｈｅｈｅａｔｆｌｕｘｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｓｐｅｃｉｅｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｕｒｎｅｄｔｏｂｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａ

8、ｔｅｄｓｔａｇｎａｔｉｏｎｈｅａｔｆｌｕｘａｇｒｅｅｄｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｄｕｅｔｏＳｕｔｔｏｎａｎｄＧｒａｖｅｓ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｎｏｎ⁃ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｆｕｔｕｒｅＭａｒｓｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｍｉｓｓｉｏｎｉｎＣｈｉｎａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｒｓｅｎｔｒｙｃａｐｓｕｌｅ；ｈｙｐ