高超声速火星进入环境中颗粒运动特性研究

火星大气中会发生不同规模的沙尘暴,大气中蕴含的尘埃颗粒会对高速进入的火星探测器表面造成侵蚀并导致壁面热流增加,给探测器的热防护系统设计带来巨大挑战.文章针对高超声速火星进入环境两相流动问题,基于Euler-Lagrange框架建立非平衡流场与颗粒的单向耦合计算方法,采用模态半径为0.35μm的火星大气颗粒分布模型,研究不同尺寸颗粒在流场中的运动轨迹,获得高温相变模型对颗粒运动的影响以及不同粒径颗粒的撞击能量分布.结果表明,颗粒在高温流场中运动会吸热融化甚至蒸发,高温相变模型导致的颗粒直径减小对小尺寸颗粒运动轨迹有较大影响;当前计算状态下,直径3μm以上的颗粒具有较大的Stokes数且颗粒半径在运动过程中基本保持不变,其运动轨迹受流场影响较小,该尺寸颗粒的撞击分数均达95%以上,是造成壁面撞击的主要颗粒尺寸;撞击能量分数结果表明,直径3～10μm之间的颗粒是撞击能量的主要来源,约占总撞击能量的80%

组合式宽马赫数风洞设计与流场特性

脉冲型风洞是开展高超声速飞行器研制和气动热力学研究的重要试验设备。本文基于激波风洞和Ludwieg管风洞组合运行原理，突破了高温管外静态加热技术、高温高压气体隔离技术、大口径高温膜片设计技术等系列关键技术，设计建设了FL-63脉冲型组合式宽马赫数风洞，设计马赫数范围3.0～10.0，采用双模式组合运行模式，中低马赫数段（Ma 3.0～4.5）采用Ludwieg管风洞运行模式，最高温度可达900K，可复现飞行高度的总焓和总压，有效运行时间大于150ms；高马赫数段（Ma5.0～10.0）采用激波风洞运行模式，有效运行时间大于20ms，最高驱动压力30MPa。本文通过运行方式的灵活组合，兼顾了低马赫数和高马赫数来流的不同模拟需求，实现了宽马赫数范围的试验能力