Skip to main content

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

Article Category

Article available in the folowing languages:

Lepsze osłony termiczne chroniące przed niebezpiecznymi zjawiskami

Pojazdy kosmiczne wchodzące w atmosferę ziemską ulegają silnemu nagrzewaniu. Naukowcy badają zjawisko powodujące gwałtowny wzrost strumienia cieplnego, aby projektować skuteczniejsze osłony termiczne.

Technologie przemysłowe

Podczas wchodzenia w atmosferę ziemską pojazdy kosmiczne są narażone na wysokie temperatury powodowane tarciem cząsteczek powietrza. Zadaniem systemów osłon termicznych jest ochrona pojazdów przed przegrzaniem. W krytycznej fazie wejścia w atmosferę hipersoniczny (przekraczający prędkość dźwięku ponad pięciokrotnie) przepływ powietrza po poszyciu pojazdu powoduje powstanie warstwy granicznej o przepływie laminarnym. Większość ciepła, pędu i masy jest przekazywana wewnątrz tej warstwy. Podczas przejścia hipersonicznego przepływ na warstwie granicznej zmienia się z laminarnego w turbulentny, przez co przychodzący strumień cieplny działający na osłony termiczne w tym samym miejscu zwiększa się trzykrotnie. Naukowcy europejscy i rosyjscy zainicjowali finansowany przez UE projekt Transhyberian, aby zbadać zjawisko przejścia hipersonicznego i zaproponować mechanizmy lokalnej kontroli termicznej w warstwie granicznej, które można by wykorzystać w przyszłych misjach kosmicznych. Badacze wybrali do analiz układ stożka ostrego, prowadząc prace w pięciu ośrodkach doświadczalnych w UE i Rosji. Dane doświadczalne są uzupełniane symulacjami obliczeniowymi. W pierwszym roku prac badacze dokonali opisu szumów w poszczególnych ośrodkach, aby wyjaśnić ewentualne różnice w pomiarach dokonywanych w pozornie porównywalnych warunkach. Opracowano komplet modeli obliczeniowych opisujących początek fazy przejścia. Wykorzystane techniki to między innymi bezpośrednie symulacje liczbowe, algorytmy stabilności, równania Naviera-Stokesa uśrednione metodą Reynolda (RANS) i analiza korelacji. Naukowcy zaprojektowali wspólny eksperyment modelowy, uwzględniający różnice między poszczególnymi ośrodkami. Opracowano też kompletny zestaw metod doświadczalnych i liczbowych (z zakresu obliczeniowej dynamiki płynów). Przyjęte metody są elastyczne, umożliwiając wprowadzanie zmian w reakcji na problemy lub wyniki w drugim roku. Oczekuje się, że projekt Transhyberian pozwoli ulepszyć konstrukcje pojazdów kosmicznych wielokrotnego użytku poprzez zwiększenie ochrony przed ciepłem generowanym podczas przejścia hipersonicznego przy wejściu w atmosferę. Projekt umocni także współpracę europejsko-rosyjską w dziedzinie badań kosmicznych z korzyścią dla obu programów kosmicznych.

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania