再入過程一般是指飛行器進入高度100km以下大氣層的過程。跨大氣層飛行器的再入大氣環境是極其複雜的。再入模擬就是要模擬氣動加熱過程產生的熱物理化學環境和氣動載荷產生的應力環境。模擬方法要實現的基本模擬條件有:（1）高比焙的熱環境;（2）高馬赫數的高速氣流;（3）變化的氣體環境:空氣的組成(氧氣、氮氣的含量)、密度和氣壓等;（4）模擬與氣動載荷作用等效的應力環境。
基本介紹
- 中文名：再入模擬
- 外文名：reentry simulation
- 一級學科：航空航天
- 二級學科：航天原理
- 類型：飛行術語
- 作用：模擬再入環境
再入過程,簡介,常用再入大氣等效模擬方法,
再入過程
再入過程一般是指飛行器進入高度100km以下大氣層的過程。高速飛行器從外層空間再入大氣層時，其速度很大，地球軌道飛行器和其他星球探測器，如月球探測器，再入速度約為第一、第二宇宙速度，洲際彈道飛彈彈頭的再入速度為7km/s左右。再入時飛行器具有很高初始動能，同時在地球引力場中，還具有所處再入高度上的位能，隨高度下降，位能的變化將轉化為對周圍大氣做功，其中一部分功將轉化為熱能，因此再入體頭部將承受很高的熱負荷，再入飛行器重返大氣層期間(包括彈道式飛彈、飛船返回艙、回收式衛星等的再入段，以及各類驗證機、飛彈等的高超聲速飛行階段、衛星探測器的著陸階段等)等都會發生高超聲速與高溫流動現象，同時還有粒子云高速侵蝕、突防中遇到的核輻射和動能攔截等，就需要採取特殊的熱防護措施。飛行器的熱防護系統對於工程設計尤為重要，需要考慮高溫擾流對飛行器物面的傳熱和燒蝕作用，否則就會出現2003年哥倫比亞號太空梭失事的事件，導致機毀人亡這樣的悲劇。據專家分析原因之一有可能是進入大氣層後因與大氣摩擦產生高溫導致隔熱層脫落或燒毀。
簡介
跨大氣層飛行器的再入大氣環境是極其複雜的。飛行器從120km的高空，以極高的速度(約25Ma)開始進入大氣，隨著高度的降低，飛行器周圍的空氣密度急劇增加，氣壓從幾百帕增至一個大氣壓以上，大氣層中的空氣與飛行器之間發生了劇烈的相互作用:首先是對飛行器的氣動加熱作用，高速氣流繞流飛行器時，在其表面產生了附面層，高速運動的氣流在附面層內受到阻滯，空氣質點做定向運動的動能轉變成熱，從而使附面層具有高比焙的熱量(約31MJ/kg)，這些熱量傳遞給與附面層直接接觸的飛行器表面，使其溫度升高，平均表面溫度約1477攝氏度，最高溫度約1 800攝氏度。另外，高壓的氣流以極高的速度衝擊飛行器，又對其產生了極高的氣動載荷。
因此，模擬再入大氣環境就是要模擬氣動加熱過程產生的熱物理化學環境和氣動載荷產生的應力環境。模擬方法要實現的基本模擬條件有:（1）高比焙的熱環境;（2）高馬赫數的高速氣流;（3）變化的氣體環境:空氣的組成(氧氣、氮氣的含量)、密度和氣壓等;（4）模擬與氣動載荷作用等效的應力環境。
常用再入大氣等效模擬方法
目前，用於模擬再入大氣環境的常用方法主要有以下2種:
（1）產生高焙高速氣流模擬再入大氣環境。如德國的PWK系列等離子風洞，主要工作原理是依靠等離子發生器產生高比焙等離子流，電力供應系統提供可產生高氣流速度所需的電流，供氣系統模擬所需的氣體環境，真空泵系統創造再入大氣的低壓環境，原理示意圖見圖1。
（2）通過在試驗箱中產生與再入大氣環境相似的溫度、壓力和氣氛條件來模擬再入大氣環境。圖2為德國宇航局(DLR)的Indutherm模擬設備，通過電感應加熱體對試驗箱加熱，最高溫度1600攝氏度;真空泵系統和供氣系統模擬再入大氣的氣體環境(如氣體壓力、氣體組分等)，依靠材料試驗機載入實現要模擬的應力環境。
