杜波强
- 作品数：12 被引量：56H指数：6
- 供职机构：中国空气动力研究与发展中心更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划国防基础科研计划更多>>
- 相关领域：航空宇航科学技术交通运输工程建筑科学更多>>
- 大型航天器再入解体气动力热特性模拟的直接模拟蒙特卡洛方法研究被引量：1
- 2020年
- 为模拟大型航天器离轨再入近连续过渡流区高超声速气动力/热绕流特征,构建了基于直接模拟蒙特卡洛法碰撞限制器技术的混合方法,发展了基于密度梯度的动态自适应混合网格处理技术与变时间步长计算方案。利用当地流动梯度的克努森数作为判断连续流失效的参数,将流场划分为不同区域,在连续流区采用碰撞限制器以及大网格尺度和大时间步长,在流场的大梯度区域——包括激波和壁面边界层区域——采用基于当地密度梯度的动态自适应碰撞网格和取样网格处理技术。为保证整个流场范围每个碰撞网格内的模拟粒子数分布更加均匀,采用变时间步长计算方案,并固定当地时间步长与粒子权重的比值,避免了因分子穿越网格界面产生的复制或消失。通过计算类天宫飞行器低密度风洞试验状态的气动力系数,并与试验数据对比,验证了上述算法的高精度模拟能力与可靠性。同时模拟分析了带太阳电池帆板的类天宫飞行器再入85 km高超声速复杂气动力热,及头部对接台与板舱非规则物形绕流所致激波/边界层干扰、流动分离与强气动力热致太阳电池帆板毁坏发生首次解体机制。
- 梁杰李志辉李绪国杜波强
- 关键词：大型航天器
- 探月返回器稀薄气体热化学非平衡特性数值模拟被引量：7
- 2015年
- 通过发展直角/非结构混合网格下,适于复杂返回器含内能激发的五组元热化学非平衡稀薄气体直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法,数值模拟了钝体返回器稀薄流区7.5 km/s和10.6km/s再入速度下的非平衡流场特性和对物面气动力/热分布的影响。计算结果表明在月球返回速度下稀薄过渡流区存在着强烈的热化学非平衡,近连续滑移区仅在激波层区域存在着较大的平动、转动和振动非平衡度,而在高稀薄流区,热力学非平衡遍布绕流物体四周,包括整个压缩区和尾迹区。高温真实气体效应对表面热环境影响显著,对表面压力和摩擦力的影响相对较弱。计算结果显示探月返回器再入绕流过程100 km飞行高度仍需要考虑热化学非平衡的影响。
- 梁杰李志辉杜波强方明
- 关键词：热化学非平衡DSMC方法数值模拟
- 多喷管真空环境羽流干扰的CFD/DSMC分区耦合求解
- 针对航天器推进舱真空环境下多个喷管羽流干扰及回流形成多流区混合羽流场特征，发展适于复杂物形处理的直角／非结构混合网格处理技术与碰撞网格自适应算法，研制DSMC区域分解并行计算策略，建立一套可靠求解多喷管真空环境羽流干扰的...
- 杜波强梁杰李志辉
- 关键词：航天推进系统
- 基于两级直角网格结构的三维DSMC算法研究被引量：14
- 2010年
- 结合直角网格计算的高效率以及表面非结构网格对飞行器几何外形的精细描述,本文建立了基于两级直角坐标网格结构的DSMC数值模拟算法。一级网格为计算区域离散后的背景网格,二级网格为独立的碰撞网格和取样网格,是在背景网格的基础上根据流场性质的变化经过自适应后获得的亚网格,碰撞分子对在亚网格内选取,以保证选取的分子是"最相邻的"。计算的Orion飞船外形从自由分子流到稀薄过渡流的气动力系数,与DS3V和DAC软件计算结果的一致性非常好,验证了本文算法的可靠性和有效性。同时对过渡区的流动特征和表面气动参数的分布规律进行了分析。
- 梁杰阎超杜波强
- 关键词：DSMC数值模拟直角网格
- 返回舱再入跨流域气动及配平特性数值研究被引量：10
- 2018年
- 基于直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,发展流场直角与表面三角形非结构混合网格生成方法和网格自适应技术,构造适于高稀薄流到近连续滑移流多流区共存的变时间步长模拟策略及DSMC区域分解并行计算方案。采用经改进的DSMC方法模拟飞船返回舱再入过程130～70km跨越外层空间自由分子流到稀薄过渡近连续流区热化学非平衡流动,研究分析了跨流域激波过渡带和边界层的强扰动演变规律以及稀薄气体效应、高温真实气体效应对返回舱气动特性和配平特性的影响规律。对比分析了不同壁面反射模型对返回舱配平特性的影响特点,计算的探月试验返回器配平迎角与飞行试验数据一致。计算分析了质心位置偏移对配平迎角的影响机制。计算结果表明:稀薄气体效应和壁面反射模型对90km以上高度的气动力和配平特性影响显著,真实气体效应则对90km以下高度的气动特性影响较大,质心横向偏移对配平迎角影响较大。
- 梁杰李志辉李齐杜波强
- 关键词：跨流域DSMC真实气体效应飞船返回舱
- 含电离化学反应DSMC模拟的稀有组分权重因子方法被引量：3
- 2018年
- 基于人为增大电子质量的基本假设,在前期工作的基础上,提出了一种用于DSMC模拟中处理含电离化学反应的稀有组分权重因子方法。在粒子间碰撞分子对数目的确定上,考虑了权重因子引入的修正。不同权重粒子碰撞之后的状态,以权重因子之比为概率进行确定。对于空气11组元的含电离化学反应,归类为四种情况分别处理,基本思想是根据权重因子对生成的稀有组分粒子进行复制、对反应物中的常规组分按概率保留或删除。比较分析了RAM-CⅡ和Stardust等典型再入速度下,在含电离化学反应使用稀有组分权重因子方法后,对飞行器绕流流场结构电子数密度分布造成的影响。计算结果表明:权重因子方法的使用不会给宏观流场参数计算带来影响,它能显著改善弱电离情况下电子等稀有组分数密度等值线的光滑性;对于较强电离的情况,亦能有效抑制稀有组分低密度区的统计涨落。
- 方明杜波强李中华李丹杨
- 关键词：稀薄气体化学反应DSMC方法
- 大型航天器再入陨落时太阳翼气动力/热模拟分析被引量：11
- 2015年
- 采用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法对大型航天器离轨再入陨落过程中,其太阳翼帆板在稀薄过渡流域的气动力、气动热特性进行数值模拟,计算中采用流场直角与表面三角形非结构混合网格以及网格自适应技术处理这类复杂外形的流动模拟,考虑内能激发和化学反应来准确模拟气动加热,并基于MPI环境的并行算法解决计算量庞大的难题。通过计算分析太阳翼水平和垂直放置时在不同高度、不同攻角下的复杂流动特征,表明在90 km以上高空,太阳翼垂直放置时,飞行器头部脱体激波与帆板脱体激波会产生更强烈、更复杂的激波/激波和激波/边界层的干扰,在气动力和气动热的双重作用下要比水平放置时的太阳翼更快地被撕裂并脱离目标航天器。
- 梁杰李志辉杜波强方明
- 关键词：大型航天器太阳翼气动热力学
- 飞船返回舱再入稀薄流域配平特性研究被引量：9
- 2013年
- 飞船返回舱一般采用横偏质心位置的方法来提供再入配平攻角和实现飞行轨迹机动控制所需的配平升阻比,准确预测配平攻角随再入高度的变化对控制系统以及返回舱落点精度都非常重要。中国载人飞船返回舱再入稀薄流域配平攻角地面试验、理论计算和实际飞行中有较大差异,如何分析评估将直接影响到其它深空探测返回器的气动设计。文章采用工程和数值方法,在对原有风洞试验数据和理论计算数据整理分析的基础上,结合"阿波罗"返回舱的部分试验结果和计算研究结果以及"联盟号"飞船返回舱的计算结果,给出了配平攻角沿再入轨道变化的基本规律,分析了质心位置、壁面反射模型、马赫数、高温真实气体效应等影响返回舱再入配平特性的主要因素,可以对未来近似外形的试验和计算研究提供参考。
- 梁杰李志辉杜波强
- 关键词：再入飞船返回舱
- 过渡区侧向喷流干扰的并行DSMC数值模拟研究被引量：16
- 2011年
- 在高空低密度环境,空间飞行器的控制面效率下降较快,反作用控制系统(RCS)作为改变飞行姿态或轨道的直接力系得到大量应用,为了精确预测高空RCS喷流与稀薄大气的干扰效应,本文建立了直角与表面非结构网格混合结构的DSMC数值算法以及网格自适应算法,保证了碰撞分子是在自适应后的亚网格内选取,提高了计算精度。采用静态随机负载平衡技术构建了并行DSMC代码,计算分析了不同压比条件下的三维平板模型侧向喷流与稀薄大气的干扰流场。计算的复杂流场结构和表面流动特征、分离长度与低密度风洞试验有较好的一致性。在保持来流参数不变的情况下,喷流干扰区的分离长度及喷流透射高度随着喷流压比的增大而增大。随着来流稀薄度的增加,来流对喷流的影响越来越弱,而喷流自身的影响区域却越来越大。
- 梁杰阎超杨彦广杜波强
- 关键词：喷流干扰稀薄气体DSMC方法并行计算
- 飞船返回舱稀薄气动力特性计算和试验研究
- 采用DSMC数值方法、工程计算方法以及低密度风洞试验三种手段研究分析了神舟飞船返回舱在130～70km飞行段的稀薄气动力特性。数值模拟采用L-B碰撞模型、五组元化学反应模型研究了热、化学非平衡效应对气动力特性的影响，分析...
- 梁杰戴金雯杜波强
- 关键词：稀薄气体风洞试验返回舱气动力特性
- 文献传递
