[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

说明书

本发明涉及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，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，获得马赫数Ma与等效比热比γ₁的对应关系曲线；步骤3：确定马赫数Ma与总温Te的第一对应关系曲线；步骤4：对喷管流场进行数值模拟，求得每组解下的马赫数，确定马赫数Ma与总温Te的第二对应关系曲线；步骤5：获取两条关系曲线的交点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。本发明获得了可信度高的试验气体的来流参数，可成为地外天体再入气动理论、计算方法和再入飞行器气动设计的重要地面试验验证手段。

技术领域

本发明涉及一种基于深空探测试验的二氧化碳来流参数确定方法，属于风洞试验领域。

背景技术

21世纪，世界各航天国家纷纷推出新的深空探测发展战略和规划，其中包括多个向地外天体发射着陆器的项目。而由于大多数地外天体大气环境与气动加热原理同地球存在较大的差异性(组分、密度不同)，如火星表面大气的主要成分为二氧化碳因此对再入探测器的表面气动热防护和气动力变轨控制等一系列问题的研究提出了全新的挑战。

对于空气，比热比随温度变化很小(近似常数)，根据激波管理论，容易获得来流参数，而对于二氧化碳等气体，其难点在于比热比随温度变化较大，难以确定来流马赫数等参数。目前，我国还未对二氧化碳来流气动特性开展过系统研究，相关的气动力和气动热的试验技术手段也比较匮乏。而开展该方向研究的前提是确定气体来流参数，该部分内容国外文献也没有说明。因此确定二氧化碳来流参数，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于深空探测试验的二氧化碳来流参数确定方法，确定试验气体的来流参数，为二氧化碳来流试验研究，尤其是深空探测试验方法提供依据。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供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，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，求得每组解下的马赫数，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。

优选的，激波风洞包括高压驱动段、低压被驱动段、第一隔膜、第二隔膜、喷管、试验段和测压钯；高压驱动段用于充入高压空气，第一隔膜设置在高压驱动段与低压被驱动段之间，第二隔膜设置在低压被驱动段与喷管之间，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。

优选的，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：