Método Eficiente para Cálculos de Flujo de Calor dentro de Análisis Multidisciplinarios de Vehículos Hipersónicos
Autores: Jung, Jongho; Yee, Kwanjung; Jeong, Shinkyu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Método Eficiente para Cálculos de Flujo de Calor dentro de Análisis Multidisciplinarios de Vehículos Hipersónicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Flujo de calor
Reentrada de naves espaciales
Ecuaciones de calentamiento convectivo
Análisis multidisciplinario
Vehículos hipersónicos
Factor dinámico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Una gran cantidad de flujo de calor del calentamiento aerodinámico actúa sobre las naves espaciales reutilizables; por lo tanto, una predicción precisa del flujo de calor durante la reentrada de la nave espacial es esencial para desarrollar una nave espacial reutilizable de alto rendimiento. Aunque las ecuaciones aproximadas de calentamiento por convección pueden calcular el flujo de calor con alta eficiencia y suficiente fidelidad, el flujo de calor debe evaluarse más de mil veces para toda la trayectoria en análisis multidisciplinarios. Por estas razones, es necesario desarrollar un método eficiente para calcular el flujo de calor para el análisis multidisciplinario. En este artículo, se desarrolla un método eficiente para el cálculo del flujo de calor que es adoptable por análisis multidisciplinarios para vehículos hipersónicos, como las naves espaciales. Se adoptaron ecuaciones aproximadas de calentamiento por convección para aliviar el costo computacional de estimar el flujo de calor, y se desarrolló un método de paso de tiempo adaptativo para los cálculos del flujo de calor con el fin de reducir el número de cálculos de flujo de calor requeridos a lo largo de toda la trayectoria de vuelo. Se introdujo un factor dinámico que ajusta el paso de tiempo entre cada instancia del cálculo del flujo de calor. Dado que el paso de tiempo utilizando este factor podría aumentar en condiciones de bajo flujo de calor, el número de cálculos de flujo de calor disminuye aproximadamente a una décima parte con más del 90% de precisión. Por lo tanto, la eficiencia se mejoró con alta precisión utilizando el paso de tiempo determinado de manera adaptativa de acuerdo con este factor dinámico.
Descripción
Una gran cantidad de flujo de calor del calentamiento aerodinámico actúa sobre las naves espaciales reutilizables; por lo tanto, una predicción precisa del flujo de calor durante la reentrada de la nave espacial es esencial para desarrollar una nave espacial reutilizable de alto rendimiento. Aunque las ecuaciones aproximadas de calentamiento por convección pueden calcular el flujo de calor con alta eficiencia y suficiente fidelidad, el flujo de calor debe evaluarse más de mil veces para toda la trayectoria en análisis multidisciplinarios. Por estas razones, es necesario desarrollar un método eficiente para calcular el flujo de calor para el análisis multidisciplinario. En este artículo, se desarrolla un método eficiente para el cálculo del flujo de calor que es adoptable por análisis multidisciplinarios para vehículos hipersónicos, como las naves espaciales. Se adoptaron ecuaciones aproximadas de calentamiento por convección para aliviar el costo computacional de estimar el flujo de calor, y se desarrolló un método de paso de tiempo adaptativo para los cálculos del flujo de calor con el fin de reducir el número de cálculos de flujo de calor requeridos a lo largo de toda la trayectoria de vuelo. Se introdujo un factor dinámico que ajusta el paso de tiempo entre cada instancia del cálculo del flujo de calor. Dado que el paso de tiempo utilizando este factor podría aumentar en condiciones de bajo flujo de calor, el número de cálculos de flujo de calor disminuye aproximadamente a una décima parte con más del 90% de precisión. Por lo tanto, la eficiencia se mejoró con alta precisión utilizando el paso de tiempo determinado de manera adaptativa de acuerdo con este factor dinámico.