[发明专利]火星进入器表面流动转捩位置预测方法

权利要求书

1.一种火星进入器表面流动转捩位置预测方法，其特征在于，包括：

基于火星大气模型采用热化学非平衡模型进行计算流体力学模拟，获得所述火星进入器的绕流场数据；

以所述火星进入器的型线作为基准生成转捩预测网格，并将所述绕流场数据插值到所述转捩预测网格获得转捩预测流场数据；

基于所述转捩预测流场数据计算流场总焓并获得边界层的外缘位置，沿壁面法向在所述边界层内积分计算基于动量损失厚度的第一雷诺数，并计算基于粗糙度高度的第二雷诺数；

将所述第一雷诺数和所述第二雷诺数作为转捩准则，分别计算第一转捩判据和第二转捩判据，基于所述第一转捩判据和所述第二转捩判据获取所述火星进入器表面流动的转捩位置。

2.根据权利要求1所述的火星进入器表面流动转捩位置预测方法，其特征在于，所述基于火星大气模型采用热化学非平衡模型进行计算流体力学模拟，获得所述进入器的绕流场数据，包括：

针对所述火星进入器的外形进行分块对接网格剖分；

基于所述火星大气模型和进入器的弹道高度、速度设定、来流组分、密度、压力、温度和速度，给定壁面温度条件为辐射平衡壁条件；

基于热化学非平衡模型进行流场求解，获得所述绕流场数据，所述绕流场数据包括来流的组分、密度、速度、温度和粘性系数；

采用数值模拟方法获得基本流场。

3.根据权利要求1所述的火星进入器表面流动转捩位置预测方法，其特征在于，以所述火星进入器的型线作为基准生成转捩预测网格，并将所述绕流场数据插值到所述转捩预测网格获得转捩预测流场数据，包括：

取所述火星进入器大底的迎背风子午线作为所述火星进入器的型线，均匀布置设定数量的网格点，并通过双曲网格生成方法生成高正交插值网格作为所述转捩预测网格；

将所述转捩预测网格置于所述绕流场数据中进行线性插值，获得所述转捩预测网格上的所述转捩预测流场数据。

4.根据权利要求1所述的火星进入器表面流动转捩位置预测方法，其特征在于，所述基于所述转捩预测流场数据计算流场总焓并获得边界层的外缘位置，包括：

基于所述转捩预测流场数据，计算来流总焓、壁面焓以及空间流场各点的总焓；

取所述空间流场各点的总焓与来流焓差达到所述来流总焓与所述壁面焓差99％的位置作为所述边界层的外缘位置，同时获得迎背风子午线各点对应边界层厚度。

5.根据权利要求4所述的火星进入器表面流动转捩位置预测方法，其特征在于，所述沿壁面法向在所述边界层内积分计算基于动量损失厚度的第一雷诺数，包括：

沿壁面法向从壁面积分至所述边界层外缘，计算动量损失厚度；

基于计算出的所述动量损失厚度，计算相应的基于动量损失厚度的所述第一雷诺数。

6.根据权利要求5所述的火星进入器表面流动转捩位置预测方法，其特征在于，通过以下公式计算所述动量损失厚度：

其中，θ为动量损失厚度，δ为所述迎背风子午线各点对应边界层厚度，ρ为流场的密度，u为流场的速度，ρ_e为边界层外缘的流场密度，u_e为边界层外缘的流场速度。

7.根据权利要求5所述的火星进入器表面流动转捩位置预测方法，其特征在于，通过以下公式计算基于动量损失厚度的所述第一雷诺数：

其中，Re_θ为所述第一雷诺数，θ为所述动量损失厚度，ρ_e为边界层外缘的流场密度，u_e为边界层外缘的流场速度，μ_e为边界层外缘的粘性系数。

8.根据权利要求1所述的火星进入器表面流动转捩位置预测方法，其特征在于，通过以下公式计算基于粗糙度高度的第二雷诺数：

其中，Re_k,k为所述第二雷诺数，k为所述火星进入器表面粗糙度的高度，ρ_k为粗糙度高度处的流场密度，u_k为粗糙度高度处的流场速度，μ_k为的粗糙度高度处粘性系数。