14、航天领域的两大研究：旋转圆柱跨音速流与立方体卫星火箭发射车设计

航天领域的两大研究：旋转圆柱跨音速流与立方体卫星火箭发射车设计

1. 旋转圆柱均匀粘性跨音速流数值研究

1. 研究背景
   • 自1998年国际空间站建成，人类太空活动增多。如今私人航天公司推动太空竞赛，可重复使用航天器成为优化方向。SpaceX在可重复使用运载火箭方面取得进展，但航天器再入阶段仍是技术挑战。再入时，航天器受重力和空气阻力影响，飞行条件急剧变化，需热保护系统（TPS），如烧蚀、耐火绝缘、被动和主动冷却系统，也可采用逆向推进系统降低再入速度。
   • 另一种思路是利用马格努斯效应，通过旋转航天器机身增加升力，减少速度同时降低摩擦和热传递。本文用计算流体动力学（CFD）分析旋转圆柱在二维均匀亚音速/跨音速流中的气动变化。
2. 问题定义
   • 问题由旋转圆柱和自由流组成，圆柱直径为D，角速度为ω，自由流速度为U1，定义参数α = ωD / (2V1) 。为研究气动系数与马赫数和α的关系，分析三个案例：
     | 案例 | 雷诺数（Re） | 马赫数（M1） | α值 |
     | ---- | ---- | ---- | ---- |
     | A | 10,000 | 0.5 | 1 |
     | B | 10,000 | 0.1 | 1 |
     | C | 10,000 | 0.5 | 0.1 |
   • 边界条件方面，入口设定速度、总压和温度，出口考虑静压，圆柱表面采用绝热无滑移边界条件。
3. 数值