高超聲速飛行器高溫流場的非平衡光譜輻射特性研究.pdf

1、飛行器進入大氣時周圍流場會形成很強的激波，激波后溫度和壓力顯著增加，引發(fā)熱化學(xué)非平衡反應(yīng)。高溫氣體的輻射效應(yīng)對飛行器表面熱流的影響非常顯著，為了有效地設(shè)計飛行器的熱防護系統(tǒng)，就需要求解高溫流場的輻射特性。本文基于Park雙溫度反應(yīng)動力學(xué)模型對RAM_CⅡ探測器再入地球大氣時周圍高溫流場進行了數(shù)值模擬，研究了高溫流場的氣體動力學(xué)特性和光譜輻射特性，分析了激波后高溫流場不同位置非平衡程度的大小，然后用逐線法求解了激波后高溫流場的光譜輻射特性

2、。
　　雙溫度模型和其演化得到的多溫度模型是現(xiàn)階段數(shù)值模擬高超聲速飛行器周圍非平衡反應(yīng)流場的主要模型。本文基于考慮振動能守恒的歐拉方程來求解RAM_CⅡ探測器再入地球大氣時距地高度為61km、71km和81km時周圍流場的分布，非平衡效應(yīng)用雙溫度模型來表征，考慮的反應(yīng)氣體混合物組分分別為5組分、7組分和11組分。數(shù)值模擬得到的滯止線上溫度、組分濃度的分布與文獻吻合，電子數(shù)密度與飛行試驗探測的結(jié)果吻合。高溫區(qū)域分布在頭部激波后的流場

3、。隨著高度的增加，流場溫度增加，激波脫體距離增大，組分數(shù)密度減小，從壁面到自由來流電子數(shù)密度沿徑向先減小后增大。同時，本文定義了一個無量綱參數(shù)“非平衡度”，用來表征流場不同位置非平衡程度的大小。通過分析表明，緊貼激波的薄層區(qū)域非平衡度高達0.9，是整個流場非平衡度最大的區(qū)域。
　　在求解氣體輻射特性時，逐線法能得到高分辨率、高精度的結(jié)果。本文基于模擬獲得的流場數(shù)據(jù)，采用逐線法求解高溫氣體的光譜輻射特性。分析研究了滯止線上一點100