[发明专利]一种低舱内压力下的航天器排气质量流量确定方法

权利要求书

1.一种低舱内压力下的航天器排气质量流量确定方法，其特征在于步骤如下：

(1)将航天器排气过程分为三个部分：第一个过程为气体由舱内流向舱壁上排气通道入口处的一维等熵流动过程；第二个过程为由排气通道入口处到排气通道出口处的考虑摩擦的管道流动过程；第三个过程为由排气通道出口处膨胀至航天器外部空间压力的一维等熵流动过程；

(2)针对所述第一个过程建立航天器舱内气体流动模型，具体为：

p00p1=(1+γ-12Ma12)γγ-1T00T1=(1+γ-12Ma12)p1=ρ1RT1m·1=ρ1Ma1γRT1A;]]>

其中，A为排气通道的横截面积，ρ₁、p₁和T₁分别为排气通道入口处的气体密度、压力和温度，γ为气体比热比，R为气体常数，和分别为航天器舱内的静止气体的总压和总温，且p₀和T₀分别为舱内气体的静压和静温，Ma₁为排气通道入口处的气体马赫数，为排气通道入口处的气体质量流量；

(3)针对所述第二个过程建立排气通道内气体流动模型，具体为：

64ReDLD=[-1γMa2-γ+12γln(Ma21+γ-12Ma2)]Ma1Ma2p2p1=Ma1Ma22+(γ-1)Ma122+(γ-1)Ma22p20p10=Ma1Ma2(2+(γ-1)Ma222+(γ-1)Ma12)γ+12(γ-1)ReD=ρ1Ma1γRT1Dμ1μ1μref=288.15+110.4T1+110.4(T1288.15)T10=(1+γ-12Ma12)T1T20=(1+γ-12Ma22)T2;]]>

其中，Ma₂、p₂、T₂分别为排气通道出口处的气体马赫数、气体总压、气体压力、总温和静温，为排气通道入口处的气体总压和总温，D为排气通道直径，L为排气通道的长度，μ_ref为参考层流粘性系数1.8247×10^-5kg/(m·s)，Re_D为通道入口雷诺数，μ₁为入口粘性系数；

(4)针对所述第三个过程建立排气通道出口处向航天器外部空间膨胀的气体流动模型，具体为：

p20p3=(1+γ-12Ma32)γγ-1T20T3=(1+γ-12Ma32)p3=ρ3RT3m·3=ρ3Ma3γRT3A;]]>

其中，Ma₃、p₃、ρ₃、T₃和分别为气体由排气通道出口膨胀至航天器外部空间所形成的射流的流动马赫数、压力、密度、温度和气体质量流量，p₃与外部空间压力相等；

(5)令排气通道入口马赫数Ma₁的初始取值为0.001，根据步骤(2)中的航天器舱内气体流动模型，计算p₁、ρ₁、T₁以及

(6)以Ma₂为未知量使用二分法在区间(0，1)范围内数值求解公式

64ReDLD=[-1γMa2-γ+12γln(Ma21+γ-12Ma2)]Ma1Ma2,]]>

得到排气通道出口处的气体马赫数Ma₂；

(7)根据所述排气通道内气体流动模型计算排气通道出口处的气体压力p₂以及总压

(8)根据所述排气通道出口处向航天器外部空间膨胀的气体流动模型计算气体膨胀所形成射流的压力p₃、密度ρ₃、温度T₃和气体质量流量

(9)判断与是否相等，如果相等，则即为所述航天器低雷诺数修正下的排气流量；如果不相等，则令马赫数Ma₁增加0.001之后循环执行步骤(5)～(9)，直到