非线性耦合本构在高空侧向喷流中的数值研究

随着高度攀升,气动舵面对飞行器的控制效率急剧下降,此时侧向喷流作为最常用的反作用控制系统(RCS)在飞行器机动过程中发挥着不可或缺的作用。Navier-Stokes(NS)方程虽在低空连续流问题的求解中表现尚可,但在滑移流(0.01<Kn<0.1)乃至过渡流域(0.1<Kn<10)中常常由于连续性假设失效而存在局限性。为了准确捕捉稀薄过渡流中侧向喷流与来流大气的干扰流动特征,运用非线性耦合本构关系(NCCR)模型对不同来流高度下几个典型的侧向喷流问题进行模拟计算,并与NS方程和蒙特卡洛直接模拟(DSMC)方法预测的结果进行对比,以此检验NCCR模型在高空复杂流动情况下的准确性和适用性。研究结果表明:NCCR模型与NS方程在连续流域的模拟结果具有较高的一致性,而在滑移过渡流域NCCR模型更能准确反映喷口前后的分离区大小以及表面流动特征,并且对于引入侧向喷流后造成的激波-激波干扰这一类复杂流动机理的描述,NCCR模型预测结果较NS方程更为贴近DSMC结果。