[發明專利]分子流熱適應系數的測定方法、裝置、設備及存儲介質

在審

• 申請號: 202010558870.6
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111723537A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 姜利祥;李濤;商圣飛;焦子龍;鄭慧奇;唐振宇;向樹紅
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/25;G16C10/00;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 成丹

本申請公開了一種分子流熱適應系數的測定方法、裝置、設備及存儲介質，首先基于三線扭擺微小推力測量系統測量預設入射角的來流大氣對測量平面的壓強值，其次基于所述壓強值利用麥克斯韋反射模型計算與所述預設入射角對應的分子流熱適應系數，接著構建所述預設入射角與所述熱適應系數之間的參考曲線，在飛行器飛行過程中，基于大氣來流相對于所述飛行器的結構面元形成的入射角和所述參考曲線，確定與所述入射角對應的分子流熱適應系數。本申請有效地提高復雜外形的飛行器的氣動力計算精度。

技術領域

本發明一般涉及超低軌稀薄氣體與飛行器作用的氣動力、熱技術領域，尤其涉及一種分子流熱適應系數的測定方法、裝置、設備及存儲介質。

背景技術

稀薄氣體動力學在航天領域具有重要的應用背景。在LEO軌道及臨近空間上的大氣十分稀薄，無法維持人類的正常生命活動，但它卻足以對軌道上高速飛行的航天器造成重大影響。高速運動的原子對航天器的撞擊會增加其氣動阻力，導致飛行器的軌道下降，甚至墜毀，降低飛行器的使用壽命。

由于稀薄效應，常規的連續介質假設不成立，因此處理連續流的N-S方程已經不再適用，導致稀薄氣體對壁面的氣動力、熱效應不能使用N-S方程計算。早期學者常用阻力系數計算飛行器受到的氣動阻力。但是阻力系數是一個宏觀的參數，目前其只針對如平面、球體、柱體等規則的標準形狀有阻力系數的參考值，而對于復雜的飛行器外形，阻力系數顯然不能滿足要求。

后來提出了計算稀薄氣體的直接蒙特卡洛(DSMC)方法，是在分子層面描述稀薄氣體的運動，使得計算復雜外形的稀薄氣體流動成為了可能。稀薄氣體與壁面作用的反射模型包括鏡面反射、漫反射模型、具有不完全能量適應的漫反射模型(DRIA)、物面反射模型(CLL)、麥克斯韋壁面反射模型(Maxwell)等。鏡面反射，表示粒子與壁面不發生能量交換，直接鏡面的反射出去。漫反射是指入射分子與材料表面完全熱適應，而分子速度方向的幾率各個方向相同。不完全能量適應的漫反射模型(DRIA)是指反射分子速度方向隨機分布幾率相同，但與材料表面熱適應程度可變。物面反射模型(CLL)則對反射分子速度的法向和切向分量分別提出了分布函數，分布函數的主要參數為法向能量適應系數和切向能量適應系數。麥克斯韋壁面反射模型(Maxwell)則是鏡面反射和漫反射的疊加，它假設有α粒子適應壁面溫度而漫反射，1-α的粒子則鏡面反射。

容易看出，鏡面反射和漫反射都是極端的反射模型，并不能很好的描述分子與壁面的作用反射行為。而物面反射模型(CLL)雖然在物理上更真實，但是其含有切向和法向兩個適應參數，而且兩個參數有一定的耦合性，使得該參數很難測定，因此物面反射模型(CLL)很難實際應用。而麥克斯韋壁面反射模型(Maxwell)是目前應用最為廣泛、也是效果比較好的模型，但麥克斯韋壁面反射模型(Maxwell)中的參數α就成為制約其計算精度的關鍵參數。

麥克斯韋壁面反射模型(Maxwell)中的適應系數受到材料特性、粗糙度、來流氣體屬性、速度等多方面的影響，一直沒有可用的數據參考。研究者要么取經驗參數，比如0.5、0.9來做研究，要么直接取兩個極端工況，直接取0和1給出包絡?？梢娨驗閰郸恋南拗?，對麥克斯韋壁面反射模型(Maxwell)，采用直接蒙特卡洛的模擬方法進行復雜外形的稀薄氣體流動時氣動阻力的測定比較困難。

發明內容

鑒于現有技術中的上述缺陷或不足，期望提供一種分子流熱適應系數的測定方法、裝置、設備及存儲介質。通過構建入射角與分子流熱適應系數之間的曲線，來有效地獲取飛行器受到大氣來流時對應的熱適應系數。

為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種分子流熱適應系數的測定方法，其特殊之處在于，包括：

基于三線扭擺微小推力測量系統測量預設入射角的大氣來流對測量平面的壓強值；

基于所述壓強值利用麥克斯韋反射模型計算與所述預設入射角對應的分子流熱適應系數；