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Investigación Numérica del Control de Separación de Etapas de Vehículos Hipersónicos en Tándem Basado en Chorro Lateral

Autores: Guo, Wenhua; Fu, Jiawei; He, Pengzhen; Tian, Shuling

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Investigación Numérica del Control de Separación de Etapas de Vehículos Hipersónicos en Tándem Basado en Chorro Lateral


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Vehículos hipersónicos
Interferencia aerodinámica
Control de actitud
Chorros laterales
Control en bucle cerrado
Simulaciones basadas en CFD

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 36

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La separación de etapas de vehículos hipersónicos se ve críticamente desafiada por severas interferencias aerodinámicas, que inducen desviaciones significativas en la actitud y ponen en peligro las misiones de vuelo subsiguientes. Este estudio investiga métodos de control de actitud en bucle abierto y en bucle cerrado utilizando chorros laterales para estabilizar el cuerpo delantero durante la separación. Se realizaron simulaciones numéricas basadas en CFD dinámico para un vehículo hipersónico en tándem, analizando trayectorias y características aerodinámicas bajo separación libre, control en bucle abierto y control en bucle cerrado. Los resultados muestran que el control en bucle abierto logra un ángulo de cabeceo máximo del cuerpo delantero de solo 0.27 grados, pero el rendimiento se degrada drásticamente a 24.88 grados, destacando su sensibilidad a las variaciones del flujo libre. En contraste, un sistema de control en bucle cerrado basado en PID de cascada ajusta dinámicamente la presión total del chorro lateral, reduciendo el ángulo de cabeceo máximo a 0.006 grados y manteniéndolo por debajo de 0.2 grados incluso en condiciones adversas. El sistema en bucle cerrado exhibe fluctuaciones periódicas en la presión del chorro, con una amplitud que aumenta junto con el ángulo de ataque, pero demuestra una robustez superior contra perturbaciones aerodinámicas. El análisis del campo de flujo revela interacciones mejoradas de ondas de choque y dinámica de vórtices bajo control en bucle cerrado, mitigando efectivamente la inestabilidad de cabeceo. Mientras que los métodos en bucle abierto están limitados a condiciones específicas, el control en bucle cerrado amplía significativamente la aplicabilidad en entornos de vuelo variables.

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