[发明专利]一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法

摘要

本发明公开了一种火星大气真实气体环境气动特性预测方法，该方法采用化学非平衡模型计算得到火星探测器高超声速零攻角下的流场，从流场中提取出正激波位置处的温度及各气体组分的质量百分比，然后通过热力学关系式和质量百分比加权平均得到混合气体的等效比热比γeff值；将该等效比热比值γeff作为已知参数输入完全气体模型，采用CFD数值模拟方法模拟火星探测器在火星真实气体环境下的气动特性。该方法的准确性和可靠性通过美国的凤凰号火星探测器典型算例进行了验证，可准确高效地进行火星大气真实气体效应作用下的气动力性能快速预测。

主权项

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T和流场密度ρ；(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T或当地密度与来流密度比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Qi，i＝1～N，并计算各气体组分的定压比容Cpi(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Cp(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Cp(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＝Cp(T)/(Cp(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γeff，将该等效比热比γeff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。