Simulaciones de Grandes Remolinos de una Cápsula de Re-Entrada Hipersónica Acoplada con el Paracaídas de Banda de Espacio de Disco Supersónico
Autores: Peri, Lakshmi Narayana Phaneendra; Ingenito, Antonella; Teofilatto, Paolo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Simulaciones de Grandes Remolinos de una Cápsula de Re-Entrada Hipersónica Acoplada con el Paracaídas de Banda de Espacio de Disco Supersónico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Investigar
Aerodinámico
Aerotermodinámico
Simulaciones
Turbulencia
Reentrada
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
El objetivo de este documento es investigar el comportamiento aerodinámico y aerotermodinámico de la cápsula Schiaparelli después del despliegue de un paracaídas de disco-gap-band (DGB) supersónico durante su fase de reentrada en la atmósfera marciana. La novedad de este trabajo radica en la investigación mediante simulaciones de grandes remolinos (LES) de la interacción acoplada del campo de flujo generado detrás de la cápsula y el que se encuentra frente al paracaídas DGB flexible. Estas simulaciones se realizan a una altitud de 10 km y un número de Mach alrededor de 2, es decir, un régimen en el que se observan grandes oscilaciones en el área del dosel. Los resultados de LES han mostrado una fuerte interacción entre el choque de proa, las ondas de recomprensión y expansión, altos gradientes de presión, densidad y temperatura, flujo de calor hacia la corriente de aire y el cuerpo, lo que implica generación de turbulencia, ingestión y amplificación a través de las ondas de choque. Los vórtices liberados de la cápsula a una frecuencia de aproximadamente 52 Hz y 159 Hz, correspondientes a números de Strouhal de ~0.2 y 0.75, respectivamente, son los principales factores responsables de las inestabilidades del sistema acoplado de la cápsula de reentrada hipersónica y el paracaídas de disco-gap-band. El campo de flujo turbulento no lineal generado en la parte trasera de la cápsula se amplifica al pasar por el choque de proa del paracaídas, y esto es responsable del comportamiento no simétrico alrededor y detrás del paracaídas que causó las oscilaciones incontroladas de la cápsula y el fracaso de la misión Schiaparelli. De hecho, un LES del paracaídas sin la cápsula, en las mismas condiciones, muestra un campo completamente simétrico, que varía en el tiempo, pero simétrico. Para evitar esta amplificación de turbulencia, es crítico amortiguar la liberación de vórtices. Ya se han propuesto diferentes técnicas para otras aplicaciones. En el caso de la reentrada de la cápsula, debido a las altas temperaturas frente a la cápsula detrás del choque de proa, ya que se genera plasma de aire, el amortiguamiento de la liberación de vórtices podría lograrse mediante control magnetohidrodinámico (MHD).
Descripción
El objetivo de este documento es investigar el comportamiento aerodinámico y aerotermodinámico de la cápsula Schiaparelli después del despliegue de un paracaídas de disco-gap-band (DGB) supersónico durante su fase de reentrada en la atmósfera marciana. La novedad de este trabajo radica en la investigación mediante simulaciones de grandes remolinos (LES) de la interacción acoplada del campo de flujo generado detrás de la cápsula y el que se encuentra frente al paracaídas DGB flexible. Estas simulaciones se realizan a una altitud de 10 km y un número de Mach alrededor de 2, es decir, un régimen en el que se observan grandes oscilaciones en el área del dosel. Los resultados de LES han mostrado una fuerte interacción entre el choque de proa, las ondas de recomprensión y expansión, altos gradientes de presión, densidad y temperatura, flujo de calor hacia la corriente de aire y el cuerpo, lo que implica generación de turbulencia, ingestión y amplificación a través de las ondas de choque. Los vórtices liberados de la cápsula a una frecuencia de aproximadamente 52 Hz y 159 Hz, correspondientes a números de Strouhal de ~0.2 y 0.75, respectivamente, son los principales factores responsables de las inestabilidades del sistema acoplado de la cápsula de reentrada hipersónica y el paracaídas de disco-gap-band. El campo de flujo turbulento no lineal generado en la parte trasera de la cápsula se amplifica al pasar por el choque de proa del paracaídas, y esto es responsable del comportamiento no simétrico alrededor y detrás del paracaídas que causó las oscilaciones incontroladas de la cápsula y el fracaso de la misión Schiaparelli. De hecho, un LES del paracaídas sin la cápsula, en las mismas condiciones, muestra un campo completamente simétrico, que varía en el tiempo, pero simétrico. Para evitar esta amplificación de turbulencia, es crítico amortiguar la liberación de vórtices. Ya se han propuesto diferentes técnicas para otras aplicaciones. En el caso de la reentrada de la cápsula, debido a las altas temperaturas frente a la cápsula detrás del choque de proa, ya que se genera plasma de aire, el amortiguamiento de la liberación de vórtices podría lograrse mediante control magnetohidrodinámico (MHD).