تحلیل ماموریت سامانه لغو پرتاب یک فضاپیمای سرنشیندار به کمک شبیه سازی مسیر و مدلسازی عددی آیرودینامیک

محمدی امین, میثم; کریمی, نیما; محمودزاده انتظاری, سید معین; فارسی, محمد علی

doi:10.22034/joae.2021.139664

تحلیل ماموریت سامانه لغو پرتاب یک فضاپیمای سرنشیندار به کمک شبیه سازی مسیر و مدلسازی عددی آیرودینامیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

میثم محمدی امین ¹

نیما کریمی ²

سید معین محمودزاده انتظاری ²

محمد علی فارسی ³

¹ استادیار/پژوهشگاه هوافضا

² Mahestan Ave.

³ پژوهشگاه هوافضا

10.22034/joae.2021.139664

چکیده

هدف از پژوهش حاضر، طراحی و تحلیل دینامیک پرواز سامانه لغو پرتاب یک فضاپیمای سرنشین‌دار زیرمداری در مرحله طراحی مفهومی است. برای این منظور پس از بررسی انواع پیکربندی‌های متداول و براساس ملاحظات مأموریتی، دو نوع واریانت اصلی انتخاب و تحلیل‌های گوناگون برای ارزیابی عملکرد ایرودینامیکی در رژیم های جریان و سناریوهای عملیاتی مختلف بر روی آنها صورت گرفت. به علاوه اثر جت‌های خروجی از نازل‌های موتور فرار بر جریان حول سامانه لغو پرتاب نیز مورد مطالعه قرار گرفت. شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان می‌دهد که پیکربندی دارای اتصال خرپا و نازل موتور فرار پایین در شرایط پروازی مختلف پسای به نسبت کمتری دارد. اما تداخل کمتر جت‌های خروجی موتور فرار با بدنه، پیکربندی با اتصال آداپتور و نازل موتور فرار بالا را مطلوبتر می‌سازد. پسای افزوده در این پیکربندی نیز که عمدتا ناشی از چهار نازل بیرون‌زده از بدنه است با بازطراحی موتور فرار و نازل‌های آن تا حد زیادی کاهش می‌یابد. بر این اساس یک پیکربندی نهایی به عنوان طرح مفهومی سامانه لغو پرتاب فضاپیمای سرنشین‌دار مورد نظر پیشنهاد شده است. با توجه به محاسبات ایرودینامیکی صورت گرفته، شبیه سازی دینامیک پرواز برای سنجش صحت مسیر طراحی شده انجام شد، نتایج بدست آمده نشان می‌دهد طراحی ایرودینامیکی پیکربندی توانسته است به خوبی نیازمندی‌های مسیر پروازی را پوشش دهد.

کلیدواژه‌ها

دینامیک پرواز

دینامیک سیالات محاسباتی

سامانه لغو پرتاب

طراحی ایرودینامیکی

فضاپیمای سرنشیندار

20.1001.1.17359449.1400.23.1.11.0

A, Townsend, Apollo Experience Report, LAUNCH ESCAPE PROPULSION SUBSYSTEM, NASA TN D-7083.
William C. Moseley, and Francis Evans owen, “Aerodynamic Characteristics Determined during Development of the Apollo Launch Escape Vehicle Configurations”, NASA Technical Report 5208, June 1969
Bobby Lee Berrier and Odis C. Pendergraft, Jr.”Transonic Aerodynamic Characteristics of Powered Models of Several Apollo Launch-escape Vehicle Configurations” Nasa Technical Report 4843, October 1968.
Chan, G. Klopfer, J. Onufer,S. Pandya, ”Proximity Aerodynamic Aerodynamic Analysis for Lanuch Abort Systems” American Institute of Aeronautics and Astronautics Paper AIAA-2008- 7326.
David T. chan, Eric L. Walker, “Modeling Powered Aerodynamics for the Orion Launch Abort Vehicle Aerodynamic Database” American Institute of Aeronautics and Astronautics,2011.
E.Childs, J.A.Garcia, J.E.Melton, S.E. Rogers, A.J.Shestopalov, D.J. Vicker, Overflow Simulation Guidelines for Orion Launch Abort Vehicle Aerodynamic Analyses, 29th AIAA Applied Aerodynamics Conference 27 - 30 June 2011, Honolulu, Hawaii, AIAA 2011-3163
Wang, H.Ozawa, H.Koyama, Y.Nakamura, Simulation of Supersonic Stage Separation of Capsule-Shaped Abort System by Aerodynamic Interaction, 20th AIAA Computational Fluid Dynamics Conference 27 - 30 June 2011, Honolulu, Hawaii, AIAA 2011-3064.
Scogin, M. Lacerda, J. Marshall, Orion Capsule Launch Abort System Analysis, Assignment 2, AE 4802 Spring 2016.
Kahe, G., Mohammadi-Amin, M., Sefidan Benisi, A. (2017). 'A Nonlinear Attitude Controller for a Launch Abort System of a Manned Spacecraft', Journal of Space Science and Technology, 10(1), pp. 1-13.
Robert E. Vandervort, Vented Launch Vehicle Adaptor for a Manned Spacecraft with "Pusher" Launch Abort System, Document ID: 20170009514, Sep. 2017.
J. Koenig, C. Garcia, L. D. Akers and R. F. Harris, "Artemis Innovative Assembly and Integration Operations of the Launch Abort System at KSC," 2021 IEEE Aerospace Conference (50100), 2021, pp. 1-8, doi: 10.1109/AERO50100.2021.9438195.
Hall , "Ignition Overpressure Analysis of the Orion Launch Abort Motor Ground Test", AIAA 2020-1790, Computational Fluid Dynamics Applications I, 5 Jan 2020. Doi: 10.2514/6.2020-1790.
فارسی، م. ع.، کریمی، ن.، محمدی‌امین، م.، طراحی مفهومی سامانه لغو پرتاب یک فضاپیمای سرنشین‌دار در ماموریت زیرمداری، چهاردهمین کنفرانس انجمن هوافضای ایران (Aero2015)، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران، اسفند ۱۳۹۳.
محمدی امین، م.، کریمی، ن.، فارسی، م.ع.، طراحی و تحلیل سیستمی سامانه لغو پرتاب فضاپیمای سرنشیندار در مأموریت زیرمداری، فصلنامه پژوهشی علوم و فناوری فضایی، شماره 42، بهار 1399.