上层大气层气固相互作用的分子动力学研究

作     者：陶瑞灵 王智慧 Tao Ruiling;Wang Zhihui

作者机构：中国科学院大学工程科学学院北京100049 

基　　金：国家自然科学基金(12072343) 中国科学院战略性科技先导专项B类(XDB0620203)资助项目 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2025年第57卷第1期

页      码：65-78页

摘      要：海拔100~300 km的上层大气层内,主要成分之一的原子氧化学活性高,容易在超低轨飞行器表面材料上发生吸附和侵蚀现象,显著改变壁面的物理化学状态和气固相互作用特征,进而影响飞行器的气动性能.由于时空尺度差异和成本限制,目前的地面试验手段和模拟方法很难复现上层大气层真实空间环境的气固相互作用过程.针对这一难题,文章设计了一种分子动力学等效模拟方案,让气体分子在短时间内高频入射材料表面,来反映真实环境中长时间低频率的气固相互作用过程,从而研究上层大气层不同海拔高度的空间环境中,原子氧在典型航天材料壁面的吸附/侵蚀状态演化过程以及动量适应系数的变化规律.研究表明,在满足一定等效原则时,这种模拟方案能够合理地反映相关的真实物理图像,展示了洁净壁面从少量吸附到大量吸附原子氧,再到原子氧侵蚀壁面表层结构形成松散氧化物的3阶段演化过程,同时也给出了高速入射的气体分子在相应壁面状态下的动量适应特征.另外,本文也研究了上层大气层另一主要组分N_(2)的存在对原子氧吸附、侵蚀和适应过程的影响.这一研究可加深人们对上层大气层气固相互作用过程的认识,并为新一代飞行器的气动设计提供参考.

主 题 词：上层大气层 气固相互作用 分子动力学 适应系数 超低轨 大气阻力 

学科分类：08[工学] 0825[工学-环境科学与工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.6052/0459-1879-24-284

馆 藏 号：203156408...