بررسی عددی اثر پارامترهای محیطی بر پایداری دینامیکی یک کپسول بازگشتی

Abstract

موضوع کنترل و ناپایداری دینامیکی کپسولهای بازگشتی، به دلیل پیچیدگی تاثیر پارامترها بر همدیگر در جریان غیردائم و عدم درک صحیح فیزیکی این پدیده، همواره از سوی محققین مورد توجه بوده است. یکی از مشکلات عمده هندسه‌های بلانت این است که در برخی سرعتها و شرایط محیطی دارای ناپایداری دینامیکی می‌شوند. بنابراین تعیین محدوده ناپایداری و مقدار ضریب گشتاور این ناپایداری یکی از اصلی‌ترین قسمتهای کنترل کپسولهای برگشتی می‌باشد. در این مقاله شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی جریان ناپایا حول یک کپسول بازگشتی تحت نوسانات پیچشی اجباری به روش شبکه‌بندی لغزشی صورت گرفته و پس از اعتبارسنجی نتایج و بررسی استقلال حل از شبکه، تاثیر پارامترهای محیطی شامل زاویه حمله، عدد ماخ و فرکانس نوسانات بر پایداری دینامیکی کپسول مورد تحلیل قرار می‌گیرد. به این منظور نتایج مورد نظر از نرم‌افزار فلوئنت استخراج شده و ساختار جریان حول کپسول در شرایط مختلف بررسی می‌شود. مشتقات دینامیکی طولی که برای تحلیل پایداری یک جسم در حرکت نوسانی پیچشی مورد نیاز می‌باشند تعیین شده و نهایتاً روند تاثیر پارامترهای فوق بر مقدار مشتقات دینامیکی مشخص شده‌ است. در این تحقیق محدوده تغییرات زاویه حمله متوسط بین 0 تا 15 درجه، تغییرات عدد ماخ بین 8/0 تا 2 و تغییرات فرکانس کاهش یافته بین 056/0 تا 224/0 می‌باشد. استفاده از شبکه‌بندی لغزشی در شبیه‌سازی نوسانات پیچشی کپسول موسس‌سی که سرعت محاسبات را به شدت افزایش می‌دهد، تجمیع اثر چندین پارامتر بر پایداری دینامیکی این کپسول و چگونگی تحلیل و بررسی روند و علل تغییرات پایداری دینامیکی در شرایط مختلف، جزو اهداف اصلی این مقاله بشمار می‌رود. نتایج تحلیل تاثیر پارامترهای مختلف بر پایداری دینامیکی حول کپسول موسس‌سی نشان می‌دهد که فاصله گرفتن از زاویه حمله متوسط صفر باعث افزایش پایداری دینامیکی کپسول مورد نظر شده و ناپایداری دینامیکی آن در رژیم مادون‌صوت حالت بحرانی‌تری نسبت به رژیم مافوق‌صوت دارد و همچنین با افزایش فرکانس نوسانات، پایداری دینامیکی کپسول موسس‌سی افزایش می‌یابد.