[發明專利]一種低艙內壓力下的航天器排氣質量流量確定方法

有效

• 申請號: 201510033695.8
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104657594B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 陳智;苗文博;張亮;程曉麗
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

1.一種低艙內壓力下的航天器排氣質量流量確定方法，其特征在于步驟如下：

(1)將航天器排氣過程分為三個部分：第一個過程為氣體由艙內流向艙壁上排氣通道入口處的一維等熵流動過程；第二個過程為由排氣通道入口處到排氣通道出口處的考慮摩擦的管道流動過程；第三個過程為由排氣通道出口處膨脹至航天器外部空間壓力的一維等熵流動過程；

(2)針對所述第一個過程建立航天器艙內氣體流動模型，具體為：

p00p1=(1+γ-12Ma12)γγ-1T00T1=(1+γ-12Ma12)p1=ρ1RT1m·1=ρ1Ma1γRT1A;]]>

其中，A為排氣通道的橫截面積，ρ₁、p₁和T₁分別為排氣通道入口處的氣體密度、壓力和溫度，γ為氣體比熱比，R為氣體常數，和分別為航天器艙內的靜止氣體的總壓和總溫，且p₀和T₀分別為艙內氣體的靜壓和靜溫，Ma₁為排氣通道入口處的氣體馬赫數，為排氣通道入口處的氣體質量流量；

(3)針對所述第二個過程建立排氣通道內氣體流動模型，具體為：

64ReDLD=[-1γMa2-γ+12γln(Ma21+γ-12Ma2)]Ma1Ma2p2p1=Ma1Ma22+(γ-1)Ma122+(γ-1)Ma22p20p10=Ma1Ma2(2+(γ-1)Ma222+(γ-1)Ma12)γ+12(γ-1)ReD=ρ1Ma1γRT1Dμ1μ1μref=288.15+110.4T1+110.4(T1288.15)T10=(1+γ-12Ma12)T1T20=(1+γ-12Ma22)T2;]]>

其中，Ma₂、p₂、T₂分別為排氣通道出口處的氣體馬赫數、氣體總壓、氣體壓力、總溫和靜溫，為排氣通道入口處的氣體總壓和總溫，D為排氣通道直徑，L為排氣通道的長度，μ_ref為參考層流粘性系數1.8247×10^-5kg/(m·s)，Re_D為通道入口雷諾數，μ₁為入口粘性系數；

(4)針對所述第三個過程建立排氣通道出口處向航天器外部空間膨脹的氣體流動模型，具體為：

p20p3=(1+γ-12Ma32)γγ-1T20T3=(1+γ-12Ma32)p3=ρ3RT3m·3=ρ3Ma3γRT3A;]]>

其中，Ma₃、p₃、ρ₃、T₃和分別為氣體由排氣通道出口膨脹至航天器外部空間所形成的射流的流動馬赫數、壓力、密度、溫度和氣體質量流量，p₃與外部空間壓力相等；

(5)令排氣通道入口馬赫數Ma₁的初始取值為0.001，根據步驟(2)中的航天器艙內氣體流動模型，計算p₁、ρ₁、T₁以及

(6)以Ma₂為未知量使用二分法在區間(0，1)范圍內數值求解公式

64ReDLD=[-1γMa2-γ+12γln(Ma21+γ-12Ma2)]Ma1Ma2,]]>

得到排氣通道出口處的氣體馬赫數Ma₂；

(7)根據所述排氣通道內氣體流動模型計算排氣通道出口處的氣體壓力p₂以及總壓

(8)根據所述排氣通道出口處向航天器外部空間膨脹的氣體流動模型計算氣體膨脹所形成射流的壓力p₃、密度ρ₃、溫度T₃和氣體質量流量

(9)判斷與是否相等，如果相等，則即為所述航天器低雷諾數修正下的排氣流量；如果不相等，則令馬赫數Ma₁增加0.001之后循環執行步驟(5)～(9)，直到