0.5 N模型发动机羽流撞击效应的D S MC模拟

王 倩 何小英 蔡国飙

（北京航空航天大学宇航学院）

1 引言

航天器的姿态控制往往利用姿态控制发动机来进行调节，发动机喷出的羽流会对流场中的航天器带来羽流污染、气动力、气动热效应等影响。羽流污染可能会导致航天器上敏感原件无法正常工作，甚至影响航天器的寿命，所以研究羽流的撞击效应就显得非常重要。

国外对羽流撞击效应的研究开展较早，1986年德国的Dettleff试验研究了模型发动机羽流场[1]；1984年法国的Allegre，在SR3风洞中测量了羽流撞击平板的气动力效应[2]；1990年Legge测量了羽流撞击倾斜挡板的气动力[3]；Boyd等人在1992年对低密度喷管流动和羽流场进行了试验研究和数值模拟[4]。在实验研究的基础上，国外还进行了相关数值模拟研究，1985年Legge等人对卫星模型发动机的羽流场和羽流撞击效应进行了数值模拟[5]；2002年Park数值模拟了羽流和卫星的相互作用[6]。国内由于试验条件的限制，研究工作主要集中在数值计算方面。

本文采用自开发的PWS软件，对推力0.5N的模型发动机进行了羽流撞击效应DSMC模拟。工质为CO2。首先，对流场的压强、温度、马赫数、流线图等进行研究；然后，对挡板压强及羽流污染情况进行了分析。

2 DSMC方法及PWS软件介绍

DSMC方法的基本思想是：利用少量的模拟分子代替真实流场内数目众多的气体分子，用计算模拟实际物理过程，即对模拟分子进行跟踪，记录它们的位置和速度的变化，计算分子之间，分子和物面间的碰撞，再经统计平均，获得所需的各种流动参数。……