準(zhǔn)確可靠求解大型航天器服役期滿離軌再入跨流域氣動(dòng)環(huán)境與金屬(合金)桁架結(jié)構(gòu)變形失效解體非線性力學(xué)行為,是解決航天器失聯(lián)無(wú)控或受控再入墜毀飛行航跡落區(qū)數(shù)值預(yù)報(bào)軟件研制的關(guān)鍵基礎(chǔ)。在求解Boltzmann模型方程的氣體動(dòng)理論統(tǒng)一算法(GKUA)基礎(chǔ)上,采用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量描述氣體分子自旋運(yùn)動(dòng),利用分子總角動(dòng)量守恒作為一個(gè)新的碰撞不變量,引入能量模式配分函數(shù)和非彈性碰撞松弛數(shù),確立了描述復(fù)雜飛行器跨流域高超聲速流動(dòng)非平衡輸運(yùn)現(xiàn)象統(tǒng)一Boltzmann模型方程,構(gòu)造了直接捕捉Boltzmann模型速度分布函數(shù)演化更新數(shù)值格式,提出了離散速度空間區(qū)域分解大規(guī)模并行計(jì)算策略與高效數(shù)據(jù)通信模型,建立了穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)萬(wàn)CPU核求解大型航天器離軌再入跨流域氣動(dòng)力/熱環(huán)境高性能并行算法。針對(duì)無(wú)控航天器非常規(guī)再入問(wèn)題,提出瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程與材料熱彈性動(dòng)力學(xué)方程耦合數(shù)學(xué)模型,建立了強(qiáng)氣動(dòng)力熱環(huán)境致結(jié)構(gòu)變形熱力響應(yīng)有限元算法,發(fā)展了適于高超聲速再入氣動(dòng)環(huán)境與結(jié)構(gòu)熱力耦合計(jì)算技術(shù)。通過(guò)對(duì)豎直平板、中空球體、類天宮飛行器高超聲速流場(chǎng)計(jì)算與結(jié)構(gòu)響應(yīng)變形非線性力學(xué)行為一體化計(jì)算驗(yàn)證,證實(shí)統(tǒng)一算法大規(guī)模并行計(jì)算策略與熱力響應(yīng)變形有限元...

【文章頁(yè)數(shù)】：15 頁(yè)

【部分圖文】：

圖1大型航天器離軌再入氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)響應(yīng)熔融解體過(guò)程示意

近地軌道高度300～1000km運(yùn)行的板艙桁架結(jié)構(gòu)大型航天器(空間實(shí)驗(yàn)室、貨運(yùn)飛船、空間站等),服役期滿或失效時(shí),如已處于失聯(lián)無(wú)控飛行狀態(tài)的歐洲最大對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星ENVISAT,將面臨發(fā)生可能危及其他航天航空器的碰撞、再入墜毀航跡預(yù)示、人財(cái)物安全評(píng)估、危害性分析與處置等問(wèn)題[1-....

圖3高超聲速再入Kn∞=0.01、Ma∞=8.3666豎直鋼板繞流場(chǎng)溫度等值線GKUA與內(nèi)部溫度分布FEM計(jì)算驗(yàn)證

為了準(zhǔn)確可靠模擬航天器再入中高超聲速氣動(dòng)力/熱環(huán)境致金屬(合金)桁架結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部溫度分布與響應(yīng)變形、熱損毀等非線性力學(xué)行為,需要將動(dòng)態(tài)熱力耦合響應(yīng)有限元計(jì)算方法(FEM)與求解Boltzmann模型方程氣體動(dòng)理論統(tǒng)一算法(GKUA)相結(jié)合,發(fā)展一體化耦合模擬技術(shù)。為簡(jiǎn)單起見,這里....

圖5類天宮兩艙體H=65.2km、Kn∞=5.1×10-5、Ma∞=12.5、α=25°流場(chǎng)及氣動(dòng)力系數(shù)計(jì)算與實(shí)驗(yàn)比較驗(yàn)證

為確認(rèn)求解Boltzmann模型方程統(tǒng)一算法對(duì)大型航天器隕落再入過(guò)程跨流域氣動(dòng)并行計(jì)算的精度和可靠性,對(duì)長(zhǎng)度Lref=10.409m、最大直徑Dref=3.452m的類天宮飛行器兩艙體近連續(xù)過(guò)渡流區(qū)兩個(gè)繞流狀態(tài)H=65.2km、Ma∞=12.5、Kn∞=5.1×10-5(....

圖7類天宮飛行器H=120～100km、V∞=7.6km/s強(qiáng)氣動(dòng)力熱環(huán)境致結(jié)構(gòu)溫度變化和穩(wěn)態(tài)變形

依靠跨流域空氣動(dòng)力學(xué)模擬方法計(jì)算得到類天宮飛行器隕落再入飛行繞流物面壓力、熱流分布,使用第4節(jié)介紹的氣動(dòng)環(huán)境與結(jié)構(gòu)變形/失效解體非線性力學(xué)行為一體化模擬手段,就可實(shí)時(shí)計(jì)算得到結(jié)構(gòu)溫度增量與位移變形,圖7(a)、(b)分別繪出類天宮飛行器隕落至H=120km、110km時(shí)的物面....

本文編號(hào)：3980203