پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 8 |
| تعداد شماره‌ها | 427 |
| تعداد مقالات | 5,578 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,819,978 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,784,107 |
بررسی عددی اثر پارامترهای محیطی بر پایداری دینامیکی یک کپسول بازگشتی | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 10، دوره 49، شماره 2، مرداد 1396، صفحه 325-340 اصل مقاله (1.36 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2016.758 | ||
| نویسندگان | ||
| رامین کمالی مقدم* ؛ مینا شاکری | ||
| پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| 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. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| بررسی پارامتری؛ پایداری دینامیکی؛ اجسام بازگشتی؛ نوسانات پیچشی اجباری | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Numerical investigation of environmental parameters on dynamic stability of a reentry capsule | ||
| نویسندگان [English] | ||
| R. Kamali Moghadam؛ M. Shakeri | ||
| Aerospace Research Institute, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Dynamic instability and control of reentry capsules is one of interesting issues for researcher because of its complex flow structure and interaction of very parameters effects in unsteady flow. One of the main problems for reentry capsules is their dynamic instability in some velocities and environmental conditions. Thus, determination of dynamic stability criteria of this kind of capsules is one of key parameters of its design. In this paper firstly, 3D numerical simulation of unsteady flow is performed around a reentry capsule in forced pitching oscillation using slip mesh technique. After validation of the results and study of grid independency, effects of environmental parameters including the angle of attack, Mach number and frequency on the capsule dynamic stability are determined. For this aim, the results are captured by Fluent software and flow structure around the capsule are studied at different conditions. The longitude dynamic derivatives, which are needed for stability analyzing of a body in pitching oscillation, are calculated. Finally, effect of mentioned parameters on value of dynamic derivative is investigated. In the present study, variation range for the mean angle of attack is between 0 to 15 degree, for the Mach number is between 0.8 to 2 and for the frequency is between 10 to 40 hertz. Using the sliding mesh in simulation of pitching oscillation of the Muses-C capsule which decreases computational cost, study of multi-parameter on dynamic stability of this capsule and investigation of variation trend of dynamic stability in different conditions are some goles of this paper. Results of analysis of various parameters influence indicate that increasing of mean angle of attack from zero angle enhances dynamic stability. Furthermore, dynamic instability of the capsule is more critical at subsonic flow rather than supersonic flow. In addition, dynamic stability of Muses-C capsule increases by rising of oscillation frequency. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Parameter Study, Dynamic Stability, Reentry Vehicle, Forced Pitching Oscillation | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] J.H. Allen, Motion of a ballistic missile angularly misaligned with the flight path upon entering the atmosphere and its effect upon aerodynamic heating,aerodynamic loads, and miss distance, NACA TN4048,(1957). [2] T. Babineaux, J. Brayshaw Jr, B. Dayman Jr, D. Nelson,The influence of shape on aerodynamic damping of oscillatory motion during planet atmosphere entry and measurement of pitch damping at large oscillation amplitudes, NACA TR32-380, (1963). [3] J.D. Bird, D.E. Reese Jr, Stability of ballistic reentry bodies, NACA RM L58E02A, (1958). [4] G.T. Chapman, C. Berner, W.H. Hathaway, G.Winchenbach, R. Mitcheltree, The use of spherical bases to eliminate limit cycles of blunt entry vehicles, AIAA Paper, 1023 (1999) 1999. [5] H. Fletcher, W. Wolhart, Damping in pitch and static stability of supersonic impact nose cones, and manned reentry capsules at mach numbers from 1.93 to 3.05,NASA TM X-347, (1960). [6] C.H. Whitlock, P.M. Siemers, Parameters influencing dynamic stability characteristics of Viking-type entry configurations at mach 1.76, Journal of Spacecraft and Rockets, 9(7) (1972) 558-560. [7] P. Jaffe, Dynamic stability tests of spinning entry bodies in the terminal regime, Journal of Spacecraft and Rockets, 8(6) (1971) 575-579. [8] M.V. Krumins, Drag and Stability of Mars Probe/Lander Shapes, Journal of Spacecraft and Rockets, 4(8) (1967)1052-1057. [9] F.D. Steketee, Dynamic stability of space vehicles, NACACR-935 (1967). [10] A. Guidi, Q. Chu, J. Mulder, F. Nicolosi, Virtual reality modeling simulation of the re-entry motion of an axialsymmetric vehicle, in: 34th COSPAR Scientific Assembly, TX USA, 2002. [11] D.B. Owens, V.V. Aubuchon, Overview of orion crew module and launch abort vehicle dynamic stability, in:29th AIAA Applied Aerodynamics Conference, Hawaii,USA, 2011. [12] S. Koga, A. Hidaka, R. Tagai, T. Kimura, T. Yoshinaga,S. Nagai, H. Nishijima, Dynamic stability testing of a reentry lifting capsule in a transonic wind tunnel, in: 52nd Aerospace Sciences Meeting, Maryland, USA,2014. [13] S.M. Murman, Dynamic simulations of atmosphericentry capsules, Journal of Spacecraft and Rockets, 46(4)(2009) 829-835. [14] E. Stern, V. Gidzak, G.V. Candler, Estimation of dynamic stability coefficients for aerodynamic decelerators using CFD, in: AIAA Applied Aerodynamics Conference, New Orleans, LA, 2012. [15] S. Teramoto, K. Hiraki, K. Fujii, Numerical analysis of dynamic stability of a reentry capsule at transonic speeds,AIAA journal, 39(4) (2001) 646-653. [16] S. Teramoto, K. Fujii, Mechanism of dynamic instability of a reentry capsule at transonic speeds, AIAA journal,40(12) (2002) 2467-2475. [17] T. Abe, S.i. Sato, Y. Matsukawa, K. Yamamoto, K.Hiraoka, Study for dynamically unstable motion of reentry capsule, AIAA Paper, 2589 (2000) 2000. [18] S.E. Cliff, S.D. Thomas, The apollo capsule optimization for improved stability and omputational/experimental data comparisons, NASA TM-213457, (2005). [19] H. Zhang, Z. Zhang, X. Yuan, W. Liu, Y. Xie, Y. Ye,Physical analysis and numerical simulation for the dynamic behaviour of vehicles in pitching oscillations or rocking motions, Science in China Series E:Technological Sciences, 50(4) (2007) 385-401. [20] C.D. Kazemba, R.D. Braun, I.G. Clark, M.Schoenenberger, Survey of blunt body dynamic stability in supersonic flow, in: AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, Minnesota, USA, 2012. [21] C.D. Kazemba, R.D. Braun, M. Schoenenberger, I.G.Clark, Dynamic stability analysis of blunt-body entry vehicles using time-lagged aftbody pitching moments,Journal of Spacecraft and Rockets, 52(2) (2015) 393-403. [22] D. Sugimoto, H. Nagai, K. Asai, K. Hiraki, Experimental study on dyanmics instability of re-entry capsule-shaped body using pressure sensitive paint, in: 48th AIAA aerospace sciences meeting, 2010. [23] P.N. Desai, R.A. Mitcheltree, and F. McNeil, Cheatwood sample returns missions in the coming decade, 51st International Astronautical Congress, Brazil, 2000. [24] M. Shakeri, Dynamic Stability Analysis of a Reentry Space Capsule in Pitching Motion with Free and Forced Oscillations, Master of Science thesis, Aerospace Research Institute, 2014. [25] R. Kamali moghadam, M. Shakeri, Dynamic stability analysis of a conic reentry space capsoul in pitching motion with free and forced oscillations, in: 23th ISME Conference, Tehran, Iran, 2015. [26] K. Hiraki, Y. Inatani, N. Ishii, T. Nakajima, M.Hinada, Dynamic stability of Muses-C capsule, in:21st international symposium on space technology and science, Omiyo, Japan, 1998. [27] A. Davari, M. Soltani, Effects of plunging motion on unsteady aerodynamic behavior of an aircraft model in compressible flow, Iranian Journal of Science and Technology, 31(B1) (2007) 49. [28] F. Rasi marzabadi, R. Kamali moghadam, Longitudinal dynamic derivatives of an airfoil under pitching and plunging oscillations in wind tunnel, Modares Mechanic Engineering Journal, 14(10) (2014) 159-166. [29] M. Schroenenberger, L. Yates, W. Hathaway, Dynamic stability testing of the mars science laboratory entry capsule, AIAA Paper, 3917 (2009) 2009. [30] B. Smith, R.D. Braun, I.G. Clark, Oscillation of supersonic inflatable aerodynamic decelerators at Mars, Master of Science Thesis, Georgia Institute of Technology, 2010. [31] I.G. Clark, Aerodynamic design, analysis, and validation of a supersonic inflatable decelerator, PhD Thesis, Georgia Institute of Technology, 2009. [32] R. Kamali moghadam, TLNS-PNS dual-code for efficient computing hypersonic equilibrium xisymmetric flows over blunt bodies, Master of Science Thesis, Sharif University of Technology, 2006. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,449 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,356 |
||
