极高速再入飞行器高温非平衡流场与热辐射耦合模拟研究

作     者：杨星链 张诗玥 赵薇 王京盈 孙柯 Yang Xinglian;Zhang Shiyue;Zhao Wei;Wang Jingying;Sun Ke

作者机构：山东大学能源与动力工程学院山东济南250061 

基　　金：国家自然科学基金(2002193) 航空工业气动院科技创新重点实验室“新风向”联合创新项目(XFX20220102) 

出 版 物：《气动研究与试验》 (Aerodynamic Research & Experiment)

年 卷 期：2024年第2卷第1期

页      码：100-109页

摘      要：再入飞行器气动热环境准确预测对深空探索和返回任务具有至关重要的意义。本文采用了非灰气体多台阶模型计算高温大气辐射吸收系数,离散坐标法求解辐射传输方程,并与自研高超声速热化学非平衡流场求解器相结合,对FIREⅡ飞行试验算例分别进行了流场与热辐射耦合和非耦合模拟研究,预测的FIREⅡ表面热流与LAURA和DPLR计算结果一致,验证了本文数值方法的可靠性。研究结果表明,该算例工况下流场和热辐射场具有显著的耦合作用:一方面激波层内的辐射能量吸收与发射使得流场非绝热,导致辐射冷却效应,使得温度降低、密度增加,激波层变得更加薄;另一方面辐射耦合影响了大气组分的化学反应过程,而空气组分构成及其热力学状态则直接影响辐射的水平。非耦合与耦合模拟给出的驻点对流热流相差较小,但辐射热流耦合值较非耦合值下降约15%,辐射耦合作用不可忽视。本文的研究可为极高速再入飞行器气动热环境预测和热防护设计提供较好的方法支持和理论参考。

主 题 词：气动热 再入飞行器 高超声速 热辐射 离散坐标法 

学科分类：080103[080103] 08[工学] 080104[080104] 0801[工学-力学类] 

D　O　I：10.20118/j.issn2097-258X.2024.01.008

馆 藏 号：203125514...