气固相互作用对吸气式电推进系统进气道性能的影响

针对上层大气层吸气式电推进系统进气道设计问题,采用直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法对吸气式电推进系统的进气道内流问题进行系统的数值模拟,考虑气固相互作用(GSI)模型对进气道内流特征、进气道收集和压缩性能的影响,并从气体动理论的角度阐明了其作用机理。结果表明:GSI模型对进气道的压缩和收集性能具有巨大的影响,适应系数的降低即GSI中镜面反射比例的升高,能显著提高压缩因子和收集效率,适应系数从1.0降低到0.2使得压缩因子增大7倍多,收集效率增大将近4倍。适应系数的降低能有效增大进气道压缩因子和收集效率的机制是气体分子在内凹型压缩段壁面发生镜面反射之后汇聚通过焦点,进入电离加速段。上层大气层吸气式电推进系统的进气道应该采取几何外形/表面材料相互耦合的设计思路:既采用内凹型压缩段的进气道,更需要通过材料选取或表面加工降低GSI适应系数,使得GSI尽量接近镜面反射。