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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

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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

Consultas: 28

Citaciones: Sin citaciones


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.

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