火箭发动机全高度羽流红外特性数值模拟研究

摘要

羽流是火箭发动机较强的辐射信号源,在火箭发动机从地面到目标轨道的飞行过程中,由于环境压力的变化与大气来流的影响,发动机流场及其红外辐射特性变化明显,研究喷流辐射特性随高度的变化规律,可为火箭飞行状态判别提供参考。本文采用计算流体力学（CFD）方法和直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法仿真模拟某型火箭发动机在连续流域（10 km、20 km、50 km、70 km）和稀薄流域（120 km、200 km）的喷流流场,采用逐线积分法计算气体辐射特性参数,基于流场及气体辐射特性参数,通过反向蒙特卡洛（BMCM）方法数值模拟常用天基观测平台位置处发动机喷流的光谱辐射特性。结果表明,探测点接收到的来自喷流的辐射热流密度在连续流域随高度的增加呈现出先增加再减小的趋势,在稀薄流域随高度的增加略微增加(增量为10-13 W/m~2量级),连续流域的辐射热流密度值(10-7 W/m~2量级)远高于稀薄流域的辐射热流密度值(10-11 W/m~2量级)。