[发明专利]一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法

权利要求书

1.一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法，其特征在于以下步骤：

(1)、基于火星大气的化学非平衡模型，通过CFD数值模拟方法计算预设的高超声速、零攻角、零侧滑角状态下的火星探测器绕流流场参数，所述绕流流场参数包括绕流流场中各气体组分的质量百分比、流场压力P、流场温度和流场密度；

(2)、根据步骤(1)所获得的预设的高超声速、零攻角、零侧滑角状态下的火星探测器绕流流场参数，找出火星探测器对称轴上气体温度或当地流场密度与来流密度比ρ/ρ_∞出现阶跃变化的位置，即绕流流场中正激波与探测器对称轴的交点；

(3)、从绕流流场参数中提取正激波与探测器对称轴的交点处的气体温度T、各气体组分的质量百分比Q_i，i＝1～N，并计算各气体组分的定压比容C_pi(T)，i＝1～N，N为火星气体组分数；

(4)、通过各气体组分的质量百分比加权得到正激波与探测器对称轴交点处混合气体的定压比容C_p(T)：

(5)、根据步骤(4)计算得到的正激波与探测器对称轴的交点处混合气体的定压比容C_p(T)，计算正激波与探测器对称轴的交点处混合气体的比热比γ：γ＝C_p(T)/(C_p(T)-R)，其中，R为火星大气的气体常数；

(6)、以正激波与探测器对称轴的交点处的混合气体比热比γ作为该火星探测器绕流流场的等效比热比γ_eff，将该等效比热比γ_eff作为已知参数输入完全气体模型，采用CFD数值模拟方法模拟步骤(1)所述的高超声速、不同攻角、不同侧滑角的火星探测器在火星真实气体环境下的气动特性，所述气动特性包括静态的轴向力、法向力、质心俯仰力矩、以及压力分布。

2.根据权利要求1所述的一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法，其特征在于所述化学非平衡模型为8组分、9反应的化学反应动力学模型，所述8组分是指：CO₂，CO，O₂，O，C，N₂，N，NO，9反应见下表：

表1火星大气化学非平衡模型化学反应类型

3.根据权利要求2所述的一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法，其特征在于步骤(3)采用七次多项式计算带有化学反应的火星大气各气体组分的定压比容C_pi(T)，所述七次多项式为

C_pi(T)＝(a₁T^-2+a₂T^-1+a₃+a₄T+a₅T²+a₆T³+a₇T⁴)×R

式中，R为火星大气的气体常数，a₁～a₇为多项式系数，所述多项式系数根据气体组分和温度确定。