Analiză aero-termodinamică inversă pentru curgeri supersonice/hipersonice – IATASH

Consorțiul proiectului:

1.  Universitatea POLITEHNICA București, CCAS
2. Institutul Național pentru Cercetări Aerospațiale INCAS 

   Scopul principal al proiectului este furnizarea unui set de instrumente numerice validate și verificate pentru rezolvarea problemei termiceinverse termice care apare în curgerile supersonice/hipersonice.
   Obiectivul are două componente:

   1. Reconstrucția distribuției câmpului pentru mărimile esențiale ce caracterizează curgerea dintre unda de șoc frontală și un corp cu bot rotunjit care zboară la viteze supersonice/hipersonice, pe baza datelor oferite de sistemele aerodinamice de măsurare a datelor atmosferice (Air Data Systems);
   2. Cuantificarea incertitudinii.

   Sistemele de măsurare a datelor atmosferice trebuie să furnizeze informații atât despre aerul ambiant, cât și despre starea de zbor a vehiculului în raport cu acesta. Pentru un vehicul operațional, aceste mărimi de stare sunt esențiale pentru controlul și ghidajul vehiculului. Pentru un vehicul experimental de cercetare, ele sunt necesare pentru interpretarea corectă a datelor măsurate direct pe vehicul. Așadar, sistemul de măsurare a datelor atmosferice trebuie, în combinație cu alte măsurători la bord sau de la distanță, să cuantifice starea atmosferei ambiante și starea vehiculului.

   Măsurători suplimentare tipice (la bord sau de la distanță) includ senzorii vectorului de accelerație și urmărirea radar. Starea aerodinamică a vehiculului este, în principiu, determinată de vectorul vitezei de zbor în raport cu aerul ambiant, într-un sistem de coordonate fixat pe corpul vehiculului. Acest lucru necesită determinarea a trei mărimi scalare:

   • Modulul vitezei (V),

   • Unghiul de atac aerodinamic (α),

   • Unghiul de derivă laterală (β).

   În concluzie, sunt necesare cinci combinații de mărimi pentru a descrie complet starea unui vehicul în planul de referință aerodinamic.

   Într-un sistem de măsurare a datelor atmosferice integrat în suprafața vehiculului (FADS – Flush Air Data System), vehiculul însuși acționează ca o sondă aerodinamică. Prin urmare, trebuie stabilită o relație între mărimile fizice măsurate la suprafața vehiculului, curentul de aer liber din atmosferă și orientarea aerodinamică și viteza vehiculului.

1. Model experimental instrumentat cu senzori de presiune și temperatura (sfera) (fig.1)

2. Macheta instrumentată de tip vehicul de reintrare în atmosfera terestra (fig. 3)

Machetele au fost realizate prin frezare cu comanda numerica din dural. Adaptorul la sting a fost strunjit din otel de înalta rezistență, conform practicii uzuale și corectat la zona tronconică după calibru. Măsurarea presiunilor statice se realizează cu scanner digital de 50 PSI, corespunzător valorilor destul de mari ale presiunii de stagnare. Numărul Mach maxim admis referitor la presiunea de stagnare este 3, dar practic s-a putut ajunge la Mach=3.5. Cele doua machete au cate 16 prize de presiune plasate în zona „scutului termic” în planul vertical de simetrie, 8 termocuple în același plan plasate „simetric” fata de punctul de stagnare de la incidență de referința și 8 termocuple plasate planul orizontal al modelelor, în sistemul de referință legat de corp (fig.2 și 4).