GridPro在Ariane - 5火箭开发中的应用

Arianespace是目前世界上最大的商业卫星发射商，它的许多成功发射都是由Ariane - 5发射完成的。Ariane - 5打破了许多商业卫星发射记录，包括一年中成功商业发射次数最多和一次商业发射的有效载荷最大。

即便Ariane - 5是最成功的商业火箭运载器，在开始设计它的时候仍然面临许多挑战。Ariane - 5火箭必须提供足够的推力将8吨的卫星加速到25000Mph以上并定位于地球静止轨道。

火箭设计中的工程挑战来自于巨大的机械载荷、超声速流动、温度压强的剧烈变化、不稳定问题以及其它需要高级工程解决方案的设计问题。

在Ariane - 5的设计中用到了很多专用的设计工具和复杂的试验。主要的设计挑战之一是火箭和整个发射系统的气动热分析。气动热分析涉及到流动和传热的耦合问题，若考虑燃烧系统，也涉及到反应流的计算问题。

对流动和传热的准确分析是轨道控制、导航、制导的关键，也是热防护系统、推进系统、发射系统性能分析所必需的。

涉及到气动热计算模型的CFD是设计过程的强大工具，Ariane - 5的分析和设计中用到了很多CFD，包括起飞时的阻力评估、跨声速时的非稳态振动载荷、2马赫时的最大稳态载荷、助推器分离、级间分离时的射流撞击、固体助推器热辐射以及局部加热等局部气动热的研究。

高精度的要求不仅要靠稳健的CFD软件求解气动热来实现，也要靠广泛的实验验证和高级的网格生成软件包。对复杂流动建立高精度的模型需要质量非常高的网格，欧空局（ESA）气动热部考虑到GridPro能够对复杂几何体生成高质量的分块网格而将其作为主要的网格生成软件。

Martin Spel是欧空局气动热部的一名工程师，负责对空间飞行器进行CFD模拟，他说：“很明显只有GridPro是能够满足我们网格生成需要的软件，碰到复杂几何体的跨声速、超声速或高超声速流动的时候，需要高质量的网格，GridPro是明确的选择。其它的网格生成软件不能保证象Ariane - 5这样复杂的发射系统的网格质量。”

GridPro除了在整个发射系统中成功应用外，欧空局还用它构建了其它空间飞行器和设计的网格。这里展示的是最近对X - 38空间飞行器的计算。采用GridPro除了能获得高质量的结果外，它的网格生成系统还能自动模拟X - 38襟翼运动的微小变化从而研究襟翼偏转的影响，结果见图示。

GridPro帮助欧空局得到了Ariane - 5的可信结果，从而对设计有更好的分析和评价。

更多详细内容请查看：GridPro在Ariane - 5火箭开发中的应用（en）

相关专题：高效网格生成工具GridPro