Influence des jets simples latéraux pour la protection thermique du cône de rentrée avec multi

May 08, 2024

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6549 (2023) Citer cet article

699 Accès

1 Citation

1 Altmétrique

Détails des métriques

Le principal défi pour l’avancement des véhicules automobiles à grande vitesse actuels est le chauffage aérodynamique. Dans cette étude, l'application du jet latéral pour la protection thermique des automobiles à grande vitesse est étudiée en profondeur. La simulation du jet de liquide de refroidissement latéral est réalisée via la dynamique des fluides computationnelle dans des conditions à haute vitesse. Trouver une configuration de jet optimale pour réduire l'échauffement aérodynamique est l'objectif principal de cette recherche. Deux jets de liquide de refroidissement différents (hélium et dioxyde de carbone) sont étudiés tandis que l'étude du jet et du débit du liquide de refroidissement ainsi que le mécanisme de pénétration du carburant sont entièrement présentés. De plus, la charge thermique sur le corps principal du cône avant est comparée pour différentes configurations. Nos résultats précisent que l’injection de jet latéral près de la pointe du pic est efficace pour la protection thermique du corps principal via la déviation du choc d’étrave. En outre, le jet de dioxyde de carbone avec une diffusivité plus faible est plus efficace pour la protection de l'avant-corps avec disque à plusieurs rangées contre un échauffement aérodynamique important.

Dans le contexte aérospatial et automobile, le chauffage aérodynamique est connu comme le processus de chauffage à proximité du corps solide en raison de la transformation du flux hypersonique/supersonique en terme énergétique1,2. Bien qu’il semble que la transformation de la quantité de mouvement en énergie thermique soit un processus simple, ses impacts sur l’écoulement sont très compliqués3,4,5. Le processus d’échauffement aérodynamique se produit principalement près du cône avant des automobiles à grande vitesse. Ce processus est très important pour ces automobiles à grande vitesse et a une influence sur la combustion du cône avant en raison du magnifique chauffage6,7,8,9. De plus, le chauffage aérodynamique entraîne du bruit lors de la transmission du signal numérique. Ces inconvénients du chauffage aérodynamique ont motivé les ingénieurs de l'aérospatiale et de l'automobile à gérer ce processus10,11,12.

Il existe plusieurs techniques pour protéger le cône avant de l'échauffement aérodynamique. Le principal défi pour la gestion de l’échauffement aérodynamique est la force de traînée13,14,15. En fait, le niveau de force de traînée doit être maintenu dans les techniques recommandées. Trois techniques principales de dispositifs mécaniques, fluidiques et énergétiques ont été étudiées et examinées dans les travaux précédents16,17,18,19. Dans ces techniques, une pointe, un jet de liquide de refroidissement et une source d'énergie sont utilisés respectivement pour éviter la fixation du flux libre sur le corps principal. Ces techniques pourraient réduire efficacement la température du flux principal après sa réception dans le corps principal20,21,22. Cependant, le principal défi de ces techniques est la force de traînée élevée et c'est le sujet des chercheurs pour résoudre ce problème dans ce domaine23,24.

Parmi ces méthodes, la principale technique conventionnelle de réduction de la charge thermique élevée près du cône avant est la pointe25,26,27,28. Spike est connu comme la longue tige mince située à l’extrémité du cône avant pour dévier le flux supersonique principal du cône avant principal29,30. L’utilisation de Spike comme méthode pratique est due à sa simplicité31,32. En outre, la force de traînée est réduite dans cette technique puisque le flux d’air supersonique est bifurqué par une pointe. La forme de la pointe et la longueur de la pointe sont connues comme deux facteurs efficaces sur les performances de cette technique. Des recherches antérieures33,34,35,36,37 ont montré que les performances de refroidissement de cette technique ne sont pas acceptables en tant que force de traînée, bien qu'une réduction limitée de la charge thermique soit rapportée par l'application de la pointe. Les recherches se sont donc concentrées sur de nouvelles techniques qui pourraient compenser ce déficit de technique mécanique38,39,40. Les approches théoriques41,42,43,44,45,46,47, c'est-à-dire la dynamique des fluides computationnelle, ainsi que la technique expérimentale permettent aux chercheurs d'améliorer leurs investigations dans des conditions inaccessibles48,49,50,51,52,53,54,55. Ainsi, ces techniques sont largement utilisées dans les applications d’ingénierie55,56,57,58,59,60,61.