Diseño y Análisis de una Unidad de Sangrado de Base para la Reducción de Arrastre de un Cohete de Alta Potencia que Opera a Velocidades Transónicas
Autores: Famellos, Petros; Skevas, Athanasios; Koutsiadis, Asterios; Koutsouras, Christos; Panagiotou, Pericles
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño y Análisis de una Unidad de Sangrado de Base para la Reducción de Arrastre de un Cohete de Alta Potencia que Opera a Velocidades Transónicas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Dispositivo de flujo pasivo
Reducción de arrastre
Cohete transónico
Modelado computacional
CFD
Unidad de sangrado en la base
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
En el presente estudio, se considera un dispositivo de flujo pasivo para la reducción de arrastre a través de su implementación en un cohete de alta potencia transónico. El cohete de alta potencia sirve como plataforma de referencia que, aparte de las condiciones de operación, impone varias restricciones en términos de volumen disponible y ubicaciones de colocación. Se sugiere una metodología paso a paso, donde la unidad se descompone inicialmente en un componente de entrada y un componente de salida. El campo de flujo se investiga mediante modelado computacional (CFD), donde se resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds acopladas con modelos de turbulencia que varían según la fase de diseño y el componente individual. En la primera fase de diseño, se selecciona la mejor configuración alternativa para cada componente comparando las tasas de flujo másico y los coeficientes de descarga. En la segunda fase de diseño, cada componente se analiza con mayor detalle basado en los resultados de la primera fase. Indicativamente, el canal tipo difusor de entrada saliente se convierte en un canal tipo boquilla de entrada saliente para evitar fenómenos de flujo estrangulado, y se selecciona una geometría de boquilla como salida entre los otros escenarios considerados. Los dos componentes se integran finalmente en una unidad de sangrado de base común y se realiza una evaluación final. Los resultados computacionales se utilizan para predecir el rendimiento y la trayectoria del cohete a través de un software de trayectoria bien establecido. La metodología general se valida contra datos de vuelo de prueba a escala completa. Los resultados muestran que la unidad de sangrado de base desarrollada en el marco de este estudio produce una reducción de arrastre de aproximadamente el 15% a velocidades transónicas sin afectar la masa y estabilidad del cohete.
Descripción
En el presente estudio, se considera un dispositivo de flujo pasivo para la reducción de arrastre a través de su implementación en un cohete de alta potencia transónico. El cohete de alta potencia sirve como plataforma de referencia que, aparte de las condiciones de operación, impone varias restricciones en términos de volumen disponible y ubicaciones de colocación. Se sugiere una metodología paso a paso, donde la unidad se descompone inicialmente en un componente de entrada y un componente de salida. El campo de flujo se investiga mediante modelado computacional (CFD), donde se resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds acopladas con modelos de turbulencia que varían según la fase de diseño y el componente individual. En la primera fase de diseño, se selecciona la mejor configuración alternativa para cada componente comparando las tasas de flujo másico y los coeficientes de descarga. En la segunda fase de diseño, cada componente se analiza con mayor detalle basado en los resultados de la primera fase. Indicativamente, el canal tipo difusor de entrada saliente se convierte en un canal tipo boquilla de entrada saliente para evitar fenómenos de flujo estrangulado, y se selecciona una geometría de boquilla como salida entre los otros escenarios considerados. Los dos componentes se integran finalmente en una unidad de sangrado de base común y se realiza una evaluación final. Los resultados computacionales se utilizan para predecir el rendimiento y la trayectoria del cohete a través de un software de trayectoria bien establecido. La metodología general se valida contra datos de vuelo de prueba a escala completa. Los resultados muestran que la unidad de sangrado de base desarrollada en el marco de este estudio produce una reducción de arrastre de aproximadamente el 15% a velocidades transónicas sin afectar la masa y estabilidad del cohete.