Simulação direta molecular da influência de degraus na superfície de veículos na reentrada / Direct molecular simulation of step influence on a reentry vehicle surface

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

No projeto de veículos hipersônicos, o conhecimento dos fatores que afetam as cargas térmicas e aerodinâmicas que agem na superfície do veículo se torna imperativo. Usualmente, no cálculo das cargas térmicas, a análise assume que o veículo possui um contorno livre de imperfeições. No entanto, descontinuidades estão presentes na superfície de veículos na reentrada visando atender diferentes propósitos. Neste cenário, um estudo numérico é realizado com o propósito de examinar o impacto de degraus com faces a montante e a jusante na estrutura do escoamento e nas propriedades aerodinâmicas na superfície de veículos na reentrada, sob condições de escoamento hipersônico rarefeito. Os cálculos foram realizados com um código computacional robusto que leva em conta os efeitos de não-equilíbrio, e que tem apresentado excelentes resultados quando comparados com dados de testes em vôo e de testes em laboratório. Uma descrição detalhada do impacto nas propriedades do escoamento - velocidade, massa específica, pressão e temperatura - bem como nas propriedades aerodinâmicas na superfície - fluxo de moléculas, transferência de calor, pressão e atrito - é apresentada separadamente para seções a montante, nas vizinhanças e a jusante dos degraus, devido as variações na altura da face. A análise mostrou que o degrau com face a montante afetou o escoamento bem a montante, onde o domínio deste efeito aumentou com o aumento da altura da face do degrau. A análise mostrou, também, que a região de recirculação nas vizinhanças do degrau com face a montante afetou as propriedades aerodinâmicas não somente na superfície a montante do degrau mas também na face frontal. Para o caso de um degrau com face a jusante, nenhum efeito a montante foi observado ao longo superfície superior. Todavia, devido a separação do escoamento na quina do degrau, uma região de recirculação se formou atrás da face do degrau. Como resultado, as propriedades do escoamento e as propriedades aerodinâmicas na superfície foram afetadas.

ASSUNTO(S)

simulação direta de monte carlo escoamento hipersônico escoamento rarefeito influência de degraus veículo de reentrada direct simulation monte carlo hypersonic flow rarefied flow steps influence reentry vehicle

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