[發明專利]火星進入器表面流動轉捩位置預測方法

有效

• 申請號: 202011592357.5
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112613250B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 陳智;苗文博;李齊;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: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/15;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 張立君

1.一種火星進入器表面流動轉捩位置預測方法，其特征在于，包括：

基于火星大氣模型采用熱化學非平衡模型進行計算流體力學模擬，獲得所述火星進入器的繞流場數據；

以所述火星進入器的型線作為基準生成轉捩預測網格，并將所述繞流場數據插值到所述轉捩預測網格獲得轉捩預測流場數據；

基于所述轉捩預測流場數據計算流場總焓并獲得邊界層的外緣位置，沿壁面法向在所述邊界層內積分計算基于動量損失厚度的第一雷諾數，并計算基于粗糙度高度的第二雷諾數；

將所述第一雷諾數和所述第二雷諾數作為轉捩準則，分別計算第一轉捩判據和第二轉捩判據，基于所述第一轉捩判據和所述第二轉捩判據獲取所述火星進入器表面流動的轉捩位置。

2.根據權利要求1所述的火星進入器表面流動轉捩位置預測方法，其特征在于，所述基于火星大氣模型采用熱化學非平衡模型進行計算流體力學模擬，獲得所述進入器的繞流場數據，包括：

針對所述火星進入器的外形進行分塊對接網格剖分；

基于所述火星大氣模型和進入器的彈道高度、速度設定、來流組分、密度、壓力、溫度和速度，給定壁面溫度條件為輻射平衡壁條件；

基于熱化學非平衡模型進行流場求解，獲得所述繞流場數據，所述繞流場數據包括來流的組分、密度、速度、溫度和粘性系數；

采用數值模擬方法獲得基本流場。

3.根據權利要求1所述的火星進入器表面流動轉捩位置預測方法，其特征在于，以所述火星進入器的型線作為基準生成轉捩預測網格，并將所述繞流場數據插值到所述轉捩預測網格獲得轉捩預測流場數據，包括：

取所述火星進入器大底的迎背風子午線作為所述火星進入器的型線，均勻布置設定數量的網格點，并通過雙曲網格生成方法生成高正交插值網格作為所述轉捩預測網格；

將所述轉捩預測網格置于所述繞流場數據中進行線性插值，獲得所述轉捩預測網格上的所述轉捩預測流場數據。

4.根據權利要求1所述的火星進入器表面流動轉捩位置預測方法，其特征在于，所述基于所述轉捩預測流場數據計算流場總焓并獲得邊界層的外緣位置，包括：

基于所述轉捩預測流場數據，計算來流總焓、壁面焓以及空間流場各點的總焓；

取所述空間流場各點的總焓與來流焓差達到所述來流總焓與所述壁面焓差99％的位置作為所述邊界層的外緣位置，同時獲得迎背風子午線各點對應邊界層厚度。

5.根據權利要求4所述的火星進入器表面流動轉捩位置預測方法，其特征在于，所述沿壁面法向在所述邊界層內積分計算基于動量損失厚度的第一雷諾數，包括：

沿壁面法向從壁面積分至所述邊界層外緣，計算動量損失厚度；

基于計算出的所述動量損失厚度，計算相應的基于動量損失厚度的所述第一雷諾數。

6.根據權利要求5所述的火星進入器表面流動轉捩位置預測方法，其特征在于，通過以下公式計算所述動量損失厚度：

其中，θ為動量損失厚度，δ為所述迎背風子午線各點對應邊界層厚度，ρ為流場的密度，u為流場的速度，ρ_e為邊界層外緣的流場密度，u_e為邊界層外緣的流場速度。

7.根據權利要求5所述的火星進入器表面流動轉捩位置預測方法，其特征在于，通過以下公式計算基于動量損失厚度的所述第一雷諾數：

其中，Re_θ為所述第一雷諾數，θ為所述動量損失厚度，ρ_e為邊界層外緣的流場密度，u_e為邊界層外緣的流場速度，μ_e為邊界層外緣的粘性系數。

8.根據權利要求1所述的火星進入器表面流動轉捩位置預測方法，其特征在于，通過以下公式計算基于粗糙度高度的第二雷諾數：

其中，Re_k,k為所述第二雷諾數，k為所述火星進入器表面粗糙度的高度，ρ_k為粗糙度高度處的流場密度，u_k為粗糙度高度處的流場速度，μ_k為的粗糙度高度處粘性系數。