[发明专利]一种基于深空探测试验的二氧化碳来流参数确定方法

权利要求书

1.一种基于深空探测试验的激波风洞中以二氧化碳为来流气体的流场运行参数获得方法，其特征在于，包括：

步骤1：在激波风洞被驱动段充入二氧化碳试验气体；

步骤2：测量二氧化碳试验气体的皮托压Ps与总压Pe，代入公式中，获得马赫数Ma与等效比热比γ₁的对应的一组解；

步骤3：由测得的喷管贮室总压Pe、高压驱动段驱动压力P₄、低压被驱动压力P₁及所述马赫数Ma与等效比热比γ₁的对应一组解，确定马赫数Ma与总温Te对应的一组解，并绘制马赫数Ma与总温Te对应的第一对应关系曲线；

步骤4：将喷管贮室总压Pe、总温Te及二氧化碳的气体热力学性质作为已知参数，对喷管流场进行数值模拟，求得每次数值模拟结果对应的的马赫数，确定马赫数Ma与总温Te的第二对应关系曲线；

步骤5：获取第一对应关系曲线与第二对应关系曲线的交点A，交点A的马赫数与总温即为来流气体的流场的马赫数与总温；

确定马赫数Ma与总温Te对应的一组解的方法为通过下述公式解算：

T₁为二氧化碳的温度，T₄为高压驱动气体温度，γ₄为高压空气的比热比，M₁为二氧化碳的相对分子质量，M₄为空气的相对分子质量，P₄为高压段的气体压力，P₅为激波运行状态时的总压，T₅为激波运行状态时的总温，Ms为激波马赫数。

2.根据权利要求1所述的流场运行参数获得方法，其特征在于：激波风洞包括高压驱动段(4)、低压被驱动段(1)、第一隔膜、第二隔膜、喷管、试验段和测压钯；高压驱动段(4)用于充入高压空气，第一隔膜设置在高压驱动段(4)与低压被驱动段(1)之间，第二隔膜设置在低压被驱动段(1)与喷管之间，测压钯设置在试验段内，测压钯上设置多个压力测量传感器，用于测量均匀区的皮托压力Ps，喷管入口处的壁面上安装压力测量传感器，测量来流总压Pe。

3.根据权利要求1所述的流场运行参数获得方法，其特征在于：确定马赫数Ma与总温Te的第二对应关系曲线的具体方法为：

由于喷管为轴对称，采用多组元轴对称N-S方程作为控制方程，其积分形式如下：

其中，r为单元中心径向坐标，分别为守恒量、对流通量、粘性通量、源项，Ω为控制体体积，S为每个网格面的面积；热完全气体假设下可采用如下形式的状态方程：

其中，p为当地压强，ρ为气体密度，Y_i为i组元质量分数、R_u为通用气体常数、MW_i为i组元分子量，T为温度；CO₂在给定温度下的定压比热C_p、焓H和熵S可由以下拟合公式计算得到：

其中R是CO₂特定气体常数，T为温度，a₁～a₉是拟合系数。

4.根据权利要求1所述的流场运行参数获得方法，其特征在于：还包括步骤6，通过来流气体的流场的马赫数、总温，确定来流的比热比和雷诺数。