稀薄可压缩流中着陆器发动机排气吹起的月尘颗粒

此前我们提出了一个数值模型，用于预测月球着陆器发动机排气吹起的月尘、月壤与砾石的轨迹。该模型利用计算流体动力学（CFD）或直接模拟蒙特卡洛（DSMC）模拟预测的气体密度、速度矢量场与温度，逐颗粒计算作用于风化层颗粒的力与加速度（在更先进模型开发前忽略颗粒碰撞）。本文给出该模型的重大改进，包括实现颗粒阻力与升力公式以考虑流动的稀薄性与可压缩性。结果表明，阻力因稀薄效应而减小，而升力因颗粒旋转等多种效应而增大。我们使用最新版软件测试了由颗粒尺寸、发动机推力（Altair 的下降与上升值）、水平与垂直起始距离以及着陆器离地高度构成的数据矩阵。这些结果表明，先前报道的 3 度轨迹角极限在若干情况下可被超出多达五倍。源自外陨石坑 rim 上方 1 cm 高度处的颗粒可被推进至 5 度或更大角度。起始于表面上方 10 cm 的颗粒可被以高达 15 度的角度喷出。将颗粒置于表面上方起始高度处的机制可能包括水平碰撞的动力学，正如离散元方法（DEM）模拟所提示。我们还给出显示颗粒飞行距离与其撞击速度的结果。随后我们用该模型评估月面着陆点处土丘或其他阻挡土屑喷溅方法的有效性。