Análisis Termodinámico Cuasi-Unidimensional de Detonaciones Soportadas por Láser en Expansión Radial
Autores: Itakura, Yuma; Kato, Kyohei; Komurasaki, Kimiya; Sekine, Hokuto; Koizumi, Hiroyuki
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis Termodinámico Cuasi-Unidimensional de Detonaciones Soportadas por Láser en Expansión Radial
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Propulsión láser
Lanzamientos espaciales
LSD
Simulación CFD
Solución de detonación
Distribución de la tasa de calentamiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La propulsión láser pulsada repetitivamente (RP) se considera una alternativa a los cohetes químicos para lanzamientos espaciales, ofreciendo potencialmente reducciones de costos notables. Comprender la física de la detonación soportada por láser (LSD) es importante para diseñar un sistema de propulsión de alto rendimiento. Las velocidades de propagación de LSD observadas experimentalmente son, según se informa, más bajas que la velocidad de Chapman-Jouguet (C-J); por lo tanto, un estudio previo que examinó la expansión bidimensional detrás de la LSD para realizar un análisis de Hugoniot utilizando simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) resultó en una solución de detonación fuerte. En el presente estudio, se investigan los efectos de variar la relación entre la calefacción y la velocidad de propagación utilizando simulaciones CFD. Los hallazgos indican que se obtuvo una solución de detonación débil con una entrada más realista de la distribución de la tasa de calefacción y la presión detrás de la onda LSD fue más baja que en la detonación C-J por un factor de tres. La velocidad de propagación de LSD de entrada se cambió en +/-30% en la simulación CFD para examinar el caso de una propagación más rápida en helio y una propagación más lenta en argón y, aun así, se mantuvo un modo de detonación débil. Sin embargo, la distancia de relajación de entrada desde la temperatura electrónica a la temperatura de partículas pesadas que es más corta en un gas ligero como el helio puede producir una solución de C-J o detonación fuerte.
Descripción
La propulsión láser pulsada repetitivamente (RP) se considera una alternativa a los cohetes químicos para lanzamientos espaciales, ofreciendo potencialmente reducciones de costos notables. Comprender la física de la detonación soportada por láser (LSD) es importante para diseñar un sistema de propulsión de alto rendimiento. Las velocidades de propagación de LSD observadas experimentalmente son, según se informa, más bajas que la velocidad de Chapman-Jouguet (C-J); por lo tanto, un estudio previo que examinó la expansión bidimensional detrás de la LSD para realizar un análisis de Hugoniot utilizando simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) resultó en una solución de detonación fuerte. En el presente estudio, se investigan los efectos de variar la relación entre la calefacción y la velocidad de propagación utilizando simulaciones CFD. Los hallazgos indican que se obtuvo una solución de detonación débil con una entrada más realista de la distribución de la tasa de calefacción y la presión detrás de la onda LSD fue más baja que en la detonación C-J por un factor de tres. La velocidad de propagación de LSD de entrada se cambió en +/-30% en la simulación CFD para examinar el caso de una propagación más rápida en helio y una propagación más lenta en argón y, aun así, se mantuvo un modo de detonación débil. Sin embargo, la distancia de relajación de entrada desde la temperatura electrónica a la temperatura de partículas pesadas que es más corta en un gas ligero como el helio puede producir una solución de C-J o detonación fuerte.