Parámetros de estudio
Primero, los autores introducen el modelo de paracaídas en el estudio. El modelo de sistema de paracaídas original utilizado en este estudio incluye la cápsula y la cubierta, como se muestra en la Fig. 1. El modelo de cubierta se diseñó a partir del modelo SSDS en las pruebas de vuelo del Desacelerador Supersónico de Baja Densidad (LDSD) de la NASA, y el modelo de cápsula es consistente con el modelo de la sonda Mars Science Laboratory (MSL). La estructura del modelo de cubierta se divide en 4 partes a lo largo de la dirección del eje X desde la boca hasta la parte superior del cuerpo de la cubierta: la banda de la cubierta, el anillo 19-anillo 16, el anillo 15-anillo 10 y el disco de la cubierta con una ventilación. Como se muestra en la Fig. 2, el modelo de cubierta tiene 2 tipos de estructuras de porosidad, es decir, huecos y costuras. El hueco superior, G1, se ubica entre el anillo 10 y el disco de la cubierta, y su porosidad geométrica es del 4%. El hueco medio, G2, se ubica entre los anillos 16 y 15, y su porosidad geométrica es del 3%. Las costuras se encuentran entre los otros anillos o el anillo y la banda de la cubierta. El número de orden de la costura se nombra desde el anillo superior. Los huecos tienen una gran porosidad geométrica, y las costuras tienen una pequeña porosidad geométrica. En este estudio, se diseñan modelos de cubierta con diferentes posiciones de una sola costura (la ventilación superior se conserva para todos los modelos), en los que solo una costura está abierta para un modelo de cubierta. Mientras tanto, el modelo de hueco superior, el modelo G1, es un modelo que solo conserva el hueco superior de G1 y la ventilación superior, y el modelo de hueco medio, el modelo G2, solo conserva el hueco medio de G2 y la ventilación superior. Combinando las costuras anteriores con diferentes huecos, también se diseñan nuevos modelos de cubierta con diferentes costuras y huecos. Además, el modelo de cubierta se considera un cuerpo rígido en este trabajo.
Condiciones de flujo libre y métodos numéricos
Luego, los autores establecen las condiciones de flujo libre y los métodos numéricos utilizados en la simulación. Las condiciones de flujo libre utilizadas en la simulación son consistentes con las de la altitud de trabajo del paracaídas supersónico en la misión MSL y las velocidades de trabajo del paracaídas en la etapa de descenso estable. En cuanto a los métodos numéricos, los flujos inestables sobre el sistema de paracaídas supersónico (es decir, diferentes modelos de cubierta con la misma cápsula MSL) se estudian resolviendo numéricamente las ecuaciones N-S compresibles tridimensionales. Se adopta el método de volumen finito para la discretización espacial, y el esquema HLLC (Harten-Lax-van Leer-Contacto) se emplea para calcular el término de flujo no viscoso. Además, se utiliza el esquema de interpolación polinomial TVD para evitar oscilaciones numéricas. Además, se adopta un esquema de propulsión implícito de 2 pasos de tiempo para capturar las complejas estructuras de campo de flujo inestable alrededor del paracaídas supersónico con un paso de tiempo de 1.0×10-4 s.
Resultados y conclusiones
Por último, los autores presentan los resultados y extraen la conclusión. Los resultados numéricos se resumen a continuación:
(1) Las estructuras de porosidad del cuerpo de la cubierta no tienen un efecto significativo en el modo de campo de flujo del sistema de paracaídas supersónico, y tienen poco efecto en la distribución de presión de la superficie de la cápsula y la estructura del campo de flujo alrededor del cuerpo de la cápsula.
(2) Para los modelos de cubierta con costuras individuales en el presente estudio, los modelos con costuras más bajas (lado inferior de la cubierta) tienen mejor rendimiento de arrastre, y los modelos S11 y S17 muestran coeficientes de arrastre más grandes y mejor rendimiento de estabilidad. Para los modelos de cubierta con un solo hueco, el coeficiente de arrastre del modelo G2 (0.72) es significativamente mayor que el del modelo G1 (0.64), mientras que la fluctuación del coeficiente de fuerza lateral de G1 (0.072) es menor que la del modelo G2 (0.091).
(3) Con la adición de diferentes costuras, el coeficiente de arrastre de los modelos G1S es mayor que el del modelo G1 con un solo G1. En comparación con el modelo G1 original, el rendimiento de estabilidad de los modelos combinados G1S no tiene cambios significativos. El rendimiento de arrastre de los modelos combinados G2S con las costuras disminuye en comparación con el modelo G2 original; sin embargo, el rendimiento de estabilidad de los modelos combinados G2S mejora en comparación con el G2 original. Además, cuando se diseña la combinación de costura y hueco más separados para una cubierta, la presión dentro de la cubierta básicamente disminuye en comparación con el modelo único original, mientras que la combinación de costura y hueco con una distancia corta está diseñada para una cubierta y el cambio de presión dentro de la cubierta es menor.
Los resultados numéricos de este estudio muestran que los nuevos paracaídas supersónicos con diferentes estructuras de porosidad de costuras, huecos y sus combinaciones exhiben desempeños aerodinámicos significativamente diferentes. Se debe diseñar la próxima generación de paracaídas con combinaciones más complejas de costuras y huecos para investigar sus características aerodinámicas y mecanismos de influencia.
