Numerical investigation of aerothermodynamic in a reentry vehicle with surface discontinuity-like cavity - Rodrigo Cassineli Palharini (2010)
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 uma superfície livre de imperfeições ou descontinuidades. No entanto, imperfeições ou 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 cavidades na estrutura do escoamento e nas propriedades aerodinâmicas na superfície de veículos na reentrada, sob condições de escoamento hipersônico rarefeito. A análise foi realizada por um código computacional robusto que leva em conta os efeitos de não-equilíbrio térmico. 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 para seções nas vizinhanças das cavidades devido as variações na razão largura-profundidade (L /H). A analise mostrou que as recirculações dentro das cavidades são funções da razão L /H. Nos casos onde L /H < 3, a estrutura do escoamento sobre as cavidades representa aquela observada para "open cavity". Entretanto, para o caso onde L /H = 4, a estrutura do escoamento corresponde a uma "closed cavity". As propriedade aerodinâmicas também foram apresentadas e os maiores valores foram obtidos para a face a montante da cavidade, mais precisamente, na quina das cavidades. A análise mostrou, também, que as cargas aerodinâmicas obtidas são muito maiores a aquelas observadas para uma superfície livre de discontinuidades.