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Characterization of Wall Temperature Effect during Transition of Hypersonic flow over a Cone By Experiments And Numerical Simulations

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Mejores escudos térmicos para fenómenos peligrosos

Las naves espaciales se calientan intensamente cuando reingresan en la atmósfera terrestre. Un grupo de científicos se encuentra estudiando un fenómeno que conduce a un aumento súbito y enorme del flujo de calor con el fin de diseñar un mejor sistema de protección térmica.

Tecnologías industriales

Las naves espaciales que vuelven a entrar en la atmósfera terrestre experimentan un intenso calor debido a la fricción con las moléculas de aire. Los sistemas de protección térmica protegen a los vehículos contra el exceso de calor. Durante la fase más crítica de reentrada, el flujo hipersónico de aire sobre la superficie de la nave (con velocidades cinco veces superiores a la del sonido) crea una especie de capa límite laminar. La mayor parte de la transferencia de calor, momento y masa sucede dentro de esta capa. Durante las llamadas transiciones hipersónicas, el flujo en la capa límite pasa de laminar a turbulento, lo cual triplica súbitamente el flujo de calor recibido por el sistema de protección térmica. Un grupo de científicos europeos y rusos inició (con financiación de la Unión Europea) el proyecto Transhyberian con el propósito de estudiar la transición hipersónica y proponer mecanismos locales de control térmico en la capa límite con vistas a futuras misiones espaciales. Los investigadores decidieron estudiar una configuración de cono puntiagudo en cinco instalaciones experimentales en Rusia y la Unión Europea. Los resultados experimentales han sido complementados por simulaciones numéricas. Durante el primer año del proyecto, los científicos caracterizaron el ruido presente en cada instalación para así poder explicar las diferencias que podrían surgir al tomar mediciones en condiciones en teoría comparables. Ya se han desarrollado todos los programas numéricos que describen el inicio de la transición. Las técnicas usadas incluyen simulación numérica directa, algoritmos de estabilidad, algoritmos de Navier-Stokes con media de Reynolds (RANS) y análisis de correlación. Los científicos diseñaron un experimento modelo común que tiene en cuenta las diferencias existentes en las distintas instalaciones. También se definió un programa completo de experimentación y simulación numérica basado en la dinámica de fluidos computacional (DFC). El programa tiene la flexibilidad suficiente para responder a los problemas y resultados que se hallen durante el segundo año. El equipo de Transhyberian espera mejorar el diseño de los vehículos espaciales y protegerlos contra el calor generado durante la transición hipersónica para que puedan ser vueltos a usar tras efectuar su reentrada en la atmósfera terrestre. El proyecto también habrá de vigorizar los lazos de cooperación ruso-europea en investigación espacial y por ende fortalecer los dos programas espaciales.

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