بررسی تجربی و عددی مشخصات آیرودینامیکی یک کپسول فضایی سیلندری در جریانهای محوری مافوق‌ و مادون‌صوت

در این تحقیق، مشخصات آیرودینامیکی یک کپسول فضایی در رژیمهای جریانی مختلف با استفاده از ابزار آزمایشگاهی تونل باد و شبیه‌سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل ساده‌شده کپسول فضایی موردنظر به‌صورت یک سیلندر بدون دماغه با سر پخ و ضریب باریکشوندگی 3 درنظر گرفته شده است. در مرحله اول مدل سیلندر در تونل باد سه‌منظوره در جریانهای محوری مادون و مافوق‌صوت برای زوایای حمله مختلف مورد آزمایش قرار گرفته و ضرایب نیروهای آیرودینامیکی و ممان‌پیچشی از طریق یک بالانس 6 مولفه داده‌برداری شده است. در آزمایش‌های تونل باد از طریق تکنیک تصویربرداری شیلیرین نحوه شکل‌گیری شوک کمانی منفصل، موقعیت و قدرت شوک در سرعت‌های مختلف آشکارسازی شده است. در مرحله بعد، به‌منظور ارزیابی دقت روش عددی در حل این مسیله، از مدل‌سازی عددی برای تعیین مشخصات آیرودینامیکی مدل موردنظر استفاده شده و نتایج آن در قالب ضرایب آیرودینامیکی، آشکارسازی جریان، موقعیت و فاصله امواج شوک با نتایج آزمایش تونل باد مقایسه و دقت خوبی را نشان می‌دهد. نتایج نیرویی نشان می‌دهد که بدنه سیلندری با سر پخ و ضریب باریکشوندگی پایین دارای ضریب نیروی پسای قابل توجهی است، به‌نحوی که می‌توان از این ویژگی برای کاهش سرعت کپسول فضایی در فاز بازگشت به زمین استفاده نمود. آشکارسازی جریان نیز نشان می‌دهد که موقعیت و قدرت امواج ضربه‌ای با تغییرات سرعت تغییر نموده بهطوریکه فاصله شوک منفصل از لبه حمله سیلندر با افزایش عدد ماخ کاهش یافته و موج شوک کمانی قوی‌تری پدید آورده و همچنین موج ضربه‌ای نیز مایل‌تر شده است.