轴对称Boltzmann模型方程统一算法与空天飞行环境喷管流动模拟

拦截机动飞行器周围大范围区域存在主喷/侧喷流/羽流影响，而传统的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程不能很好模拟发动机喷管扩张段出口附近流动情况，需要一种新的方法来处理这种全流域流动问题。为解决该问题，针对特定轴对称喷管内流动，本文通过数学推导确立描述不同克努森数稀薄环境条件下的轴对称喷管内流动Boltzmann模型方程，初步建立适于该模型方程的数值格式与气体动理论统一算法。通过开展同轴圆筒间的定常/非定常旋转流动以及轴对称喷管内流动数值计算研究，发现统一算法计算流场与其他途径得到的结果吻合较好，验证了统一算法在全局克努森数喷管流动模拟的适应性和可靠性。通过与低密度风洞实验对比，喷管出口核心区羽流结构一致，羽流轴线压力分布一致，表明统一算法可以有效解决喷管入口压缩段到扩张段多流域混合，尤其是出口附近稀薄气体真空低压环境流动问题。