بررسی اثر موقعیت مرکز فشار آیرودینامیکی بر پایداری استاتیکی یک کاوشگر فضایی در فاز بازیابی افقی

در این مقاله بازیابی افقی یک کاوشگر فضایی بدنه باریک که با سرعت مافوق صوت وارد جو غلیظ می شود از نظر پایداری استاتیکی مورد بررسی و تحلیل آیرودینامیکی قرار گرفته است. اگر کاوشگر به نحوی طراحی شود که بعد از اتمام مراحل سوزش موتور و جدایش از موتور در فاز بازگشت به زمین، به صورت افقی و در مد حرکتی چرخش مسطح قرار گیرد، پسای تولید شده در اثر عبور جریان هوا از روی بدنه به قدری خواهد بود که می تواند سرعت کاوشگر را به سرعت حدی پیش از باز شدن چتر کاهش دهد. در این صورت شرایط مناسب برای باز شدن چتر ترمزی در محدوده جریان مادون صوت مهیا می شود. بررسی آیرودینامیکی و تعیین پایداری کاوشگرهای فضایی در فاز بازیابی افقی بسیار پیچیده است. از اینرو با ساده سازی هایی در این مقاله، کاوشگر در حالت استاتیکی بررسی شده و ضرایب آیرودینامیکی و پایداری آن استخراج شده است. به این منظور یک مدل سه بعدی از کاوشگر در زاویه حمله حول 90 درجه، یعنی زمانی که کاوشگر در فاز بازیابی افقی است، به کمک نرم افزار فلوئنت شبیه سازی عددی شده است. تحلیل های آیرودینامیکی برای جریان تراکم پذیر لزج، در فاز ورود به جو غلیظ تا پیش از بازشدن چتر ترمزی و سرعت با ماخ 0/6 تا 4 انجام شده است. مشخصات نیروهای آیرودینامیکی، ممان پیچشی و مرکز فشار آیرودینامیکی کاوشگر فضایی در محدوده زاویه حمله 90 درجه استخراج شده است. نتایج نشان می دهد با طراحی مناسب کاوشگر از نظر آیرودینامیکی و قرار دادن مرکز فشار آیرودینامیکی در محدوده مرکز جرم کاوشگر در زاویه حمله 90 درجه، ممان پیچشی مناسب جهت حفظ پایداری افقی ایجاد می شود و کاوشگر می تواند در مسیر بازگشت به زمین در تمامی سرعت ها وضعیت خود را در مود افقی حفظ نماید. برای اعتبارسنجی نتایج، از روش تحلیلی نیز استفاده شده است.

Keywords:

بازیابی افقی , مرکز فشار آیرودینامیکی , پایداری استاتیکی , شبیه سازی عددی