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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

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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


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.

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