Diseño conceptual y preliminar de un tubo de choque supersónico
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Date
2021Publicador
Fundación Universitaria Los Libertadores. Sede Bogotá.
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Abstract
Para llevar a cabo investigaciones aerodinámicas que implican altas velocidades y temperaturas, se han utilizado los túneles de choque, los cuales son instalaciones experimentales de prueba en tierra. Para este proyecto se desarrollará el diseño preliminar y conceptual de un tubo de choque supersónico, que representa la entrada del flujo al túnel de choque aproximando las extremas condiciones encontradas durante la reentrada de un vehículo espacial en la atmósfera terrestre a velocidades de vuelo supersónicas, es decir, que proporcionan flujos de alta entalpía. Inicialmente, un tubo de choque se divide en dos secciones: Driver (alta presión) y Driven (baja presión), separadas por un diafragma delgado que mantiene una presión diferente en cada sección, en el momento que este se rompe, se genera una onda de choque normal debido a que se fusionan las ondas de compresión. Posteriormente, dicha onda de choque normal se propaga hacia la sección de baja presión hasta llegar a la pared final del tubo y reflejarse, mientras que la onda de expansión viaja hacia la sección de alta presión. A partir de las ecuaciones establecidas en la aerodinámica supersónica para ondas de choque normal y oblicua, se pueden determinar las condiciones de flujo en el tubo de choque y a la salida de este para realizar los estudios en las demás secciones del túnel. Esta investigación se basa en la suposición de gas calóricamente perfecto (entalpía estable), para el cual las propiedades después de la onda de choque normal, son funciones únicamente dependientes del número de Mach de choque y de las propiedades iniciales definidas a nivel del mar. Adicionalmente, es necesario determinar las dimensiones del tubo y sus respectivos acoples, teniendo en cuenta la estandarización de partes (materiales COTS) y la teoría para recipientes de pared delgada a presión. En seguida, se realiza el modelado CAD por medio del software SolidEdge con las dimensiones estimadas y considerando los parámetros establecidos por la ergonomía en el trabajo para la operación del tubo. Finalmente se efectúa una simulación 2D en el software Ansys con el fin de observar el comportamiento del flujo a través de cuatro contornos distintos correspondientes a presión, temperatura, densidad y velocidad presentes en el tubo de choque supersónico.
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- Ingeniería Aeronáutica [145]