Simulaciones de retroceso de motores de cohete híbridos utilizando descripciones geométricas implícitas
Autores: Zeriadtke, Jan Erik; Martin, Joël; Wartemann, Viola
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Simulaciones de retroceso de motores de cohete híbridos utilizando descripciones geométricas implícitas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Rendimiento
Motores de cohetes híbridos
Geometría del combustible
Simulaciones de retroceso de combustión
Volumen de fluido
Superficie del combustible
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
El rendimiento de los motores de cohetes híbridos está significativamente influenciado por la geometría del combustible. Las simulaciones de retroceso de combustión, para determinar la superficie del combustible y el volumen de fluido, son por lo tanto una herramienta importante para el diseño preliminar. Este trabajo presenta un método para la simulación de quemas espacialmente constantes en geometrías arbitrarias. Se utiliza una definición de superficie implícita mediante una función de distancia firmada para representar el volumen de fluido y el bloque de combustible en mallas tetraédricas. Se utilizan dos métodos para determinar el volumen de fluido y la superficie de combustión. El primer método se basa en una integración directa de la función de distancia firmada con la función de Heaviside o la distribución delta de Dirac, respectivamente. El segundo método interpola linealmente la posición de una isosuperficie y así reconstruye la superficie del combustible. Ambos métodos se comparan y validan con resultados analíticos de cuatro geometrías de ejemplo. Tanto los cálculos del volumen de fluido como el cálculo del contenido de superficie con el método de interpolación se caracterizan como métodos de primer orden. Con resoluciones de malla prácticas de un millón de celdas computacionales, se pueden lograr errores por debajo del dos por ciento. Con el método de interpolación, las mallas numéricas también se pueden exportar para cualquier punto en el tiempo de la combustión. Finalmente, se demuestra la aplicación del programa a la geometría del combustible del motor de cohete híbrido.
Descripción
El rendimiento de los motores de cohetes híbridos está significativamente influenciado por la geometría del combustible. Las simulaciones de retroceso de combustión, para determinar la superficie del combustible y el volumen de fluido, son por lo tanto una herramienta importante para el diseño preliminar. Este trabajo presenta un método para la simulación de quemas espacialmente constantes en geometrías arbitrarias. Se utiliza una definición de superficie implícita mediante una función de distancia firmada para representar el volumen de fluido y el bloque de combustible en mallas tetraédricas. Se utilizan dos métodos para determinar el volumen de fluido y la superficie de combustión. El primer método se basa en una integración directa de la función de distancia firmada con la función de Heaviside o la distribución delta de Dirac, respectivamente. El segundo método interpola linealmente la posición de una isosuperficie y así reconstruye la superficie del combustible. Ambos métodos se comparan y validan con resultados analíticos de cuatro geometrías de ejemplo. Tanto los cálculos del volumen de fluido como el cálculo del contenido de superficie con el método de interpolación se caracterizan como métodos de primer orden. Con resoluciones de malla prácticas de un millón de celdas computacionales, se pueden lograr errores por debajo del dos por ciento. Con el método de interpolación, las mallas numéricas también se pueden exportar para cualquier punto en el tiempo de la combustión. Finalmente, se demuestra la aplicación del programa a la geometría del combustible del motor de cohete híbrido.