بررسي پرتابه هاي ابرصوتي در ارتفاعات بالا، به منظور افزايش راندمان آيروديناميكي

Hypersonic Vehicle Investigations at High Altitudes, Enhancement of Aerodynamic Efficiency

در اين تحقيق، يك پرتابه كه توانايي ايجاد راندمان آيروديناميكي بالا در شرايط پروازي ابرصوتي را دارد، توسط يك روش عددي مورد بررسي قرار گرفته است. در اين شبيه سازي، از روش مستقيم مونت كارلو DSMC كه روشي ذره - مبنا براي شبيه سازي جريان هاي گازي غيرتعادلي مي باشد، استفاده شده است. به منظور افزايش نسبت برا به پسا، ابتدا" از يك تعريف ساده برگرفته شده از تئوري مومنتم استفاده شده است. بر اساس تعريف فوق، جريان رقيق و ابرصوتي توسط كد محاسباتي DS2V (مربوط به روش شبيه سازي مستقيم مونت كارلو) روي يك جسم دو بعدي شبيه سازي شده، تا موثر بودن تعريف فوق در افزايش بازده آيروديناميكي براي هندسه بالواره مفروض روشن شود. سپس، با داشتن يك هندسه مرجع سه بعدي به عنوان پرتابه، اقدام به شبيه سازي جريان در شرايط حاكم بر جريان هاي رقيق و ابرصوتي توسط نرم افزار عددي جريان رقيق DS3V شده است. در انتها، با تعميم تعريف فوق الذكر روي هندسه سه بعدي مرجع، يك طرح نمونه كه در آن شاهد افزايش بازده آيروديناميكي باشد، ارائه شده است. نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه در اين نمونه، به ازاي زواياي حمله كوچك (صفر الي پانزده درجه) مقدار بازده آيروديناميكي را در هندسه دو بعدي نهايي بين 1 الي ۲/۴ واحد و در حالت سه بعدي، نيز اين مقدار را در حدود ۰/۱ الي ۰/۴ افزايش داده است.

In this work, the problem of designing a hypersonic vehicle with high lift-drag ratio in hypersonic rarefied regimes is investigated. At high altitudes, the assumption of continuity employed in the Navier Stocks equations is no longer true and is not possible to simulate the problem with conventional CFD routines. The Direct Simulation of Monte Carlo (DSMC) which is a particle-based method was employed to simulate the hypersonic rarefied regimes of hypersonic vehicles. In the first step, based on momentum theory, a simple definition for increasing aerodynamic efficiency was provided. According to this definition, a two-dimensional body under considerations of hypersonic-rarefied flow regimes was analyzed using the DSMC code of DS2V. According to the facts obtained from this analysis, we considered a typical three-dimensional body, and developed the configurations of high aerodynamic efficiencies. The simulations were conducted in three-dimensional space by the DSMC program of DS3V showed that the above-mentioned definition is applicable to three-dimensional geometries. Finally, based on authenticated definitions, we exemplified a three-dimensional body, which is capable to produce high aerodynamic efficiencies in hypersonic regimes at high altitudes.