高空状态下高超声速乘波飞行器气动性能模拟

？运用以分子动力学为基础的直接仿真的蒙特卡罗(DSMC)方法，发展了临近空间飞行器气动性能模拟软件系统。以某型航天飞机再入大气层为例，验证了系统的有效性。对乘波构型飞行器在高度为70～100km的临近空间区域的气动性能进行了模拟，研究了稀薄气体效应对高超声速乘波构型气动特性的影响。由于70～100km的临近空间区域处于连续介质区与温度和速度跳跃区，在DSMC的模拟中为避免模拟陷于大量的分子碰撞计算，对DSMC算法的碰撞模型和有效碰撞次数进行了改进。研究结果表明：在临近空间区域，乘波构型的升阻比特性略有下降，但仍旧保持了高升阻比的气动优势；DSMC模拟结果与NS方程模拟结果随着高度增加，两者差距逐澌增大，稀薄气体效应逐渐显著；DSMC方法的模拟中，经过多次计算，最终确认在每个网格区域内15次有效碰撞次数足以模拟气体的宏观物理特性。