Charge exchange interactions on near-Earth proton radiation for orbit perturbation of high area-to-mass ratio objects

This novel concept expels neutral gas in the presence of geomagnetically-trapped protons in near-Earth orbit. The expelled neutral gas acts to induce charge exchange collisions with the geomagnetically-trapped protons and induce drag on objects which pass through it. The charge exchange collisions between the neutral gas and the geomagnetically-trapped protons create neutrals with similar kinetic energy that are not confined by the geomagnetic field. The charge exchange neutrals are able to collide with orbital objects and perturb their orbits. The delta-v applied by the charge exchange neutral flux is greatest on high area-to-mass objects. Numerical simulation shows charge exchange neutral impacts produce a delta-v on objects on the order of 3.8 x 10⁻¹¹ m/s at a distance of 1 km from the center of the expelled gas in a 1,000 km orbit. The impulse imparted by charge exchange neutral impacts is at least six orders of magnitude smaller than that provided by the induced drag caused by gas expulsion. The localized drag increase can force a majority of small objects into the orbit of the expelled gas cloud, even if that orbit is retrograde to the initial orbit of the objects. This new technique can be applied to the remediation of space debris.     

航天器舱体热密封结构多物理场耦合数值分析方法研究

综合考虑航天器舱体外围高超声速流动、密封带及舱体结构传热以及密封结构内部的空腔流动传热,提出航天器高温热密封结构的瞬态多物理场耦合分析方法。利用改进型Van Driest变换方法进行高超声速流动环境预测,基于高斯－赛德尔分块迭代耦合方法完成一体化耦合计算方法。采用包含不同材料结构部件的复合结构,计算了0～200 s内有无密封塞两种情况下的各部分结构的瞬态热传导过程。结果表明,密封塞的使用可显著降低空腔内的最高温度,瞬态变化情况的考虑更加准确地反映了各部分结构部件及内部空腔的温度变化情况。该文的计算方法可广泛应用于航天器热密封结构的传热特性分析,可为火箭等航天器上的高温密封部件设计提供有效的数值分析工具。     

基于Van Leer+AUSM混合格式超声速流场的并行数值算法研究

基于CLUSTER集群并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,开展了超声速流场的并行数值算 法研究。计算网格采用多块对接粘性结构网格,控制方程为积分形式的Navier\|Stoke s(N-S)方程,空间离散采用基于Van Leer+AUSM混合格式的有限体积法,粘性项采用中心 格式离散并利用格林定理计算粘性通量中的导数项,时间推进采用五步R-K法,应用一方程S -A模型计算湍流的粘性。并行计算采用 分区并行的思想,设计了满足负载平衡要求的区域分解和通讯方法,编程上采用单控制流多 数据流(SPMD)模型以及Master／Slave并行模式。最后,通过对某弹丸和某制导火箭弹超声 速流动的数值模拟, 验证了并行算法的准确性、高效性和处理复杂几何外形的能力。
     

近空间高超声速流场通量分裂型DSMC-IP方法

针对近空间高超声速流场的特点,采用Van Leer格式对直接模拟蒙特卡洛-信息保存(DSMC-IP)方法质量守恒方程中的计算格式进行改进.将局部马赫数作为分裂通量的标准,并重构单元分界面两侧的左右输运通量,使得计算格式具有通量分裂的特点,解决了DSMC-IP方法在高超声速流场计算中的应用问题.将改进后的通量分裂型DSMC-IP方法引入非结构网格中,对二维近空间高超声速流场进行数值模拟.计算结果表明:通量分裂型DSMC-IP方法所得出的数值结果与实验值及参考值符合较好,明显降低了直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法所带来的统计耗散.当来流气体的稀薄程度增加时,其非平衡效应也更加明显,而通量分裂型DSMC-IP方法的计算结果与参考值相差均在10%以内,良好地反映了非平衡条件下的流场特征,验证了通量分裂型DSMC-IP方法的可行性和有效性.      

叶片扩压器内三维流场数值计算与实验研究

本文采用加罚有限元方法对离心压缩机叶片扩压器内流场进行了数值分析。在数值求解过程中,为了避免流动对流占优所引起的压力场波动,控制方程离散时借鉴有限差分法的技巧,进行权函数修正,通过迎风参数来控制沿流动方向上所施加的流线迎风量,保证数值求解的稳定性。叶片扩压器内紊流流动的数值计算结果表明:在其他项的假扩散被降至最小时,压力项的震荡亦被消弱。紊流场的计算采用k-ε紊流模型。同时本文对叶片扩压器内流场进行了实验测量,通过数值计算结果与实验测量值的比较分析,结果是令人满意的。最后就提高叶片扩压器的静压效率和压缩机整机性能提出了有益的建议。      

采用串列静电加速器进行单粒子效应模拟试验研究

本文描述了采用ＨＩ－１３串列静电加速器进行单粒子效应模拟试验的试验系数、试验方法和试验条件，给出了８０Ｃ３１单片机单粒子效应模拟试验结果；根据试验结果，采用ＣＲＥＭＥ程序对８０Ｃ３１单片机在三类不同轨道卫星上的单粒子翻转率进行了预计。