Modelado de Flujos de Gas Raro No Equilibrados Pasando por un Vehículo de Vuelo No Tripulado de Reentrada de Dominio Cruzado Usando un Esquema Híbrido Macro-/Mesoscópico
Autores: Yang, Weiqi; Men, Jing; Xu, Bowen; Ding, Haixia; Li, Jie
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Modelado de Flujos de Gas Raro No Equilibrados Pasando por un Vehículo de Vuelo No Tripulado de Reentrada de Dominio Cruzado Usando un Esquema Híbrido Macro-/Mesoscópico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Dominio cruzado
Reentrada
Vehículo de vuelo no tripulado
Método híbrido macro-/mesoscópico
Flujos de gas rarificado
Ecuación de Boltzmann
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El vehículo de vuelo no tripulado de reentrada de dominio cruzado atraviesa atmósferas delgadas y densas cuando se encuentra con atmósferas en el área del espacio cercano. Para el régimen de transición temprana, los enfoques macroscópicos y mesoscópicos clásicos no son precisos o son computacionalmente demasiado costosos. Se propone el método híbrido macro-/mesoscópico para simular flujos de gas rarefactado alrededor de un vehículo de vuelo no tripulado en forma de esferoide-cono en el presente estudio. El esquema de momentos R26 se aplica en el flujo principal desde un punto de vista macroscópico, y el método de velocidad discreta (DVM) se utiliza para resolver la ecuación de Boltzmann desde un punto de vista mesoscópico. Los resultados de la simulación muestran que el esquema híbrido macro-/mesoscópico es adecuado para flujos de gas rarefactado no equilibrados alrededor de un vehículo de vuelo no tripulado de reentrada de dominio cruzado. Los resultados obtenidos en este estudio son consistentes con los resultados de referencia, con un error máximo de densidad del 9%. Los errores máximos del coeficiente de transferencia de calor y del coeficiente de presión son del 2% y del 4.6%, respectivamente. Además, a medida que el número de Knudsen (Kn) se vuelve más grande, el grosor de la capa de choque en la parte delantera del vehículo de vuelo se vuelve más grueso, y los efectos de no equilibrio se vuelven más críticos para la aeronave. Dado que la ecuación de Boltzmann-Shakhov solo se ha resuelto cerca de la pared de la nave espacial, el costo computacional puede reducirse considerablemente.
Descripción
El vehículo de vuelo no tripulado de reentrada de dominio cruzado atraviesa atmósferas delgadas y densas cuando se encuentra con atmósferas en el área del espacio cercano. Para el régimen de transición temprana, los enfoques macroscópicos y mesoscópicos clásicos no son precisos o son computacionalmente demasiado costosos. Se propone el método híbrido macro-/mesoscópico para simular flujos de gas rarefactado alrededor de un vehículo de vuelo no tripulado en forma de esferoide-cono en el presente estudio. El esquema de momentos R26 se aplica en el flujo principal desde un punto de vista macroscópico, y el método de velocidad discreta (DVM) se utiliza para resolver la ecuación de Boltzmann desde un punto de vista mesoscópico. Los resultados de la simulación muestran que el esquema híbrido macro-/mesoscópico es adecuado para flujos de gas rarefactado no equilibrados alrededor de un vehículo de vuelo no tripulado de reentrada de dominio cruzado. Los resultados obtenidos en este estudio son consistentes con los resultados de referencia, con un error máximo de densidad del 9%. Los errores máximos del coeficiente de transferencia de calor y del coeficiente de presión son del 2% y del 4.6%, respectivamente. Además, a medida que el número de Knudsen (Kn) se vuelve más grande, el grosor de la capa de choque en la parte delantera del vehículo de vuelo se vuelve más grueso, y los efectos de no equilibrio se vuelven más críticos para la aeronave. Dado que la ecuación de Boltzmann-Shakhov solo se ha resuelto cerca de la pared de la nave espacial, el costo computacional puede reducirse considerablemente.