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Investigação numérica da aerotermodinâmica de veículos hipersônicos durante a reentrada atmosférica sob não equilíbrio químico

Processo: 14/25438-1
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de janeiro de 2015
Vigência (Término): 31 de dezembro de 2016
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Aerodinâmica
Pesquisador responsável:João Luiz Filgueiras de Azevedo
Beneficiário:Rodrigo Cassineli Palharini
Instituição-sede: Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:13/07375-0 - CeMEAI - Centro de Ciências Matemáticas Aplicadas à Indústria, AP.CEPID
Assunto(s):Aerodinâmica de aeronaves

Resumo

A análise de escoamento rarefeitos hipersônicos é essencial para o estudo dos mecanismos de reentrada de veículos espaciais. Durante a reentrada de um veículo espacial reutilizável, uma forte onda de choque é formada provocando um grande aumento nas temperaturas de translação, rotação e vibração. Sob essa condição, moléculas de nitrogênio e oxigênio são dissociadas gerando uma quantidade considerável de átomos de O e N. Esses átomos, altamente energéticos, ao interagirem diretamente com a superfície do veículo podem causar vários danos ao sistema de proteção térmica. Além disso, a integridade e desempenho de um veículo espacial pode ser severamente comprometido devido ao inadequado conhecimento dos efeitos dos gases reais e maior quantidade de material utilizado no sistema de proteção térmica para que o veículo sobreviva à reentrada atmosférica. Neste cenário, o objetivo desta investigação é esclarecer o papel do não equilíbrio químico em escoamentos hipersônicos rarefeitos em torno da cápsula SARA (Satélite Recuperável Atmosférico), a qual têm sido desenvolvida pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), que é parte do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA), em São José dos Campos. O foco principal do presente projeto é investigar o impacto de reações químicas na estrutura do escoamento e propriedades aerodinâmicas durante as diferentes fases de reentrada do satélite SARA, utilizando para isso tanto o método de simulação direta de Monte Carlo quanto formulações contínuas, dependendo da condição de voo em análise. Simulações serão realizadas levando-se em conta a geometria completa, em três dimensões, a região da esteira formada atrás do veículo, e diferentes ângulos de ataque e interações gás-superfície. É importante mencionar que, para o caso particular do SARA, este é o primeiro trabalho que visa uma investigação completa de um veículo espacial brasileiro sob o regime de transição e não equilíbrio químico.

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
PALHARINI, RODRIGO C.; SCANLON, THOMAS J.; WHITE, CRAIG. Chemically reacting hypersonic flows over 3D cavities: Flowfield structure characterisation. COMPUTERS & FLUIDS, v. 165, p. 173-187, MAR 30 2018. Citações Web of Science: 3.
PALHARINI, RODRIGO C.; AZEVEDO, JOAO LUIZ F. Thermochemical Nonequilibrium Computations of a Brazilian Reentry Satellite. JOURNAL OF SPACECRAFT AND ROCKETS, v. 54, n. 4, p. 961-966, JUL 2017. Citações Web of Science: 0.

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