基于克努森模型的脉冲等离子体推力器烧蚀边界层数值研究

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杨磊，刘向阳，武志文，王宁飞
（北京理工大学宇航学院，北京１０００８１）
摘要：为了准确描述脉冲等离子体推力器（ＰｕｌｓｅｄＰｌａｓｍａＴｈｒｕｓｔｅｒ，ＰＰＴ）烧蚀工作过程与流场入Ｉ：２的本质关系，通过克努森双峰速度分析函数对烧蚀边界层以及内部返流作用机制进行数值分析研究。针对Ｋ — Ｂ模型在Ｐ烧蚀研究中的缺
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｖａｐｏｒｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｉｍｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓｔａｔｅａｒｏｕｎｄａｂｌａｔｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｓ，ａｓ
的研究提供了理论参考。关键词：电推进；脉冲等离子体推力器；克努森层；烧蚀中图分类号：Ｖ４３９文献标识码：Ａ文章编号：１００６－２７９３（２０１３）０３－０３４６－０７
ＤｏＩ：１０．７６７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６ — ２７９３．２０１３．０３．０１２
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｎａｂｌａｔｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｓｏｆｐｕｓｌｅｄｐｌａｓｍａｔｈｒｕｓｔｅｒｂａｓｅｄ０ＵＫｎｕｄｓｅｎｍｏｄｅｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｓｃｉｒｂｅｔｈｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｂｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｉｎｌｆｏｗｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｐｕｌｓｅｄ
ｐｌａｓｍａｔｈｒｕｓｔｅｒ（Ｐ），ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆａｂｌａｔｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｉｎｔｅｎａｒｌｒｅｌｆｕｘｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｎｕｍｅｉｒｃｌａｌｙｂｙＫｎｕｄｓｅｎ
固体火箭技术
第３６卷第３期
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏ１．３６Ｎｏ．３２０１３
基于克努森模型的脉冲等离子体推力器烧蚀边界层数值研究①
ＹＡＮＧＬｅｉ，ＬＩＵＸｉａｎｇ－ｙａｎｇ，ＷＵＺｈｉ — ｗｅｎ，ＷＡＮＧＮｉｎｇ－ｆｅｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
陷，通过化学反应动力学仿真获取烧蚀粒子产物，并由内部自由度修正Ｋ — Ｂ模型中能量守恒形式，分析热化反应所造成的烧蚀多组分及其质量分布特性对烧蚀内外层热力学状态和内部流动的影响，进一步发展适用于ＰＰＴ烧蚀特性的克努森模
型。根据动量守恒确立流动非平衡层的物理边界关系，并针对平行板型ＰＰｒ的几何尺寸和电参数，实例评估了影响“ 滞后烧蚀” 速率大小和分布范围的流体层等离子体物性参数和状态条件。文中的研究方法为Ｐ烧蚀与等离子流动耦合特性
ａｎｌｙａｔｉｃｌａｍｏｄｅｌｕｓｉｎｇｂｉｍｏｄａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ．ＦｏｒｔｈｅｄｅｉｆｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆＫ— ＢｍｏｄｅｌｉｎａｃｔｕｌａＰＰＴａｂｌａｔｉｏｎ．ｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｄｄｉｎｇｔｈｅｅｎｅｒｙｇｄｕｅｔｏｉｎｔｅｎａｒｌｄｅｇｒｅｅｓｗｈｉｌｅａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｙｇｌｆｕｘｗａｓｕｓｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｋｉｎｅｔｉｃｓ