Aquecimento aerodinâmico de uma cápsula em reentrada atmosférica
| Ano de defesa: | 2024 |
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| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AEROESPACIAL |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60455 |
Resumo: | Objects reentering the atmosphere travels at hypersonic speeds, a regime where air molecules are subject to the effects of high temperatures, such as: vibration, dissociation, and ionization. In this case, air cannot be treated as a calorically perfect gas. Aerodynamic heating is a predominant phenomenon in this speed regime, resulting from friction between air molecules and the surface of the object in atmospheric reentry. In the 1950s, aerodynamicists engineers studied this phenomenon, to predict the flight behavior of aircraft and rockets. This led to the development of theoretical and experimental methods that subsequently contributed to the beginning of space exploration. In the present work, these methods were used to estimate the aerodynamic heating of a space capsule, with blunt conical geometry, during atmospheric reentry. Seven points of the reentry trajectory were considered. To estimate the heating experienced at the stagnation point of the capsule, the method developed by Fay and Riddell (1958) was used. The method developed by Lees (1956) was used to estimate the heat distribution in the spherical and conical regions of the capsule. To do this, it was necessary to know the geometrical dimensions of the vehicle, the trajectory of the reentry flight, the thermodynamic properties of the atmosphere at the seven points of the trajectory chosen for analysis, normal shock wave relations, and isentropic relations. From this knowledge, it was possible to observe the behavior of thermodynamic properties and how they influenced aerodynamic heating throughout the seven points of the reentry trajectory. |
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Aquecimento aerodinâmico de uma cápsula em reentrada atmosféricaAerodynamic heating of a capsule in atmospheric reentryReentradaAquecimento aerodinâmicoHipersônicaAerotermodinâmicaCNPQ::ENGENHARIASObjects reentering the atmosphere travels at hypersonic speeds, a regime where air molecules are subject to the effects of high temperatures, such as: vibration, dissociation, and ionization. In this case, air cannot be treated as a calorically perfect gas. Aerodynamic heating is a predominant phenomenon in this speed regime, resulting from friction between air molecules and the surface of the object in atmospheric reentry. In the 1950s, aerodynamicists engineers studied this phenomenon, to predict the flight behavior of aircraft and rockets. This led to the development of theoretical and experimental methods that subsequently contributed to the beginning of space exploration. In the present work, these methods were used to estimate the aerodynamic heating of a space capsule, with blunt conical geometry, during atmospheric reentry. Seven points of the reentry trajectory were considered. To estimate the heating experienced at the stagnation point of the capsule, the method developed by Fay and Riddell (1958) was used. The method developed by Lees (1956) was used to estimate the heat distribution in the spherical and conical regions of the capsule. To do this, it was necessary to know the geometrical dimensions of the vehicle, the trajectory of the reentry flight, the thermodynamic properties of the atmosphere at the seven points of the trajectory chosen for analysis, normal shock wave relations, and isentropic relations. From this knowledge, it was possible to observe the behavior of thermodynamic properties and how they influenced aerodynamic heating throughout the seven points of the reentry trajectory.Objetos que reentram na atmosfera trafegam em regime de velocidade hipersônico, onde as moléculas do ar são sujeitas aos efeitos de altas temperaturas, como: vibração, dissociação e ionização. Nesse caso, o ar não pode ser tratado como gás caloricamente perfeito. O aquecimento aerodinâmico é um fenômeno predominante nesse regime de velocidade, resultante da fricção entre as moléculas do ar e a superfície do objeto que realiza reentrada atmosférica. Na década de 1950, engenheiros aerodinamicistas se dedicaram ao estudo deste fenômeno, como meio de prever o comportamento em voo de aeronaves e foguetes. Isso levou ao desenvolvimento de métodos teóricos e experimentais que, posteriormente, contribuíram para o início da exploração espacial. No presente trabalho foram utilizados métodos para estimar o aquecimento aerodinâmico de uma cápsula espacial, com geometria cônica rombuda, durante reentrada atmosférica. Foram considerados sete pontos da trajetória de reentrada. Para estimar o aquecimento sofrido no ponto de estagnação da cápsula utilizou-se o método desenvolvido por Fay e Riddell (1958). O método desenvolvido por Lees (1956) foi empregado para estimar a distribuição do calor nas regiões esférica e cônica da cápsula. Para isso, foi necessário conhecer a geometria do veículo, a trajetória do voo de reentrada, as propriedades termodinâmicas da atmosfera nos sete pontos da trajetória escolhidos para análise, as relações de onda de choque normal e as relações isentrópicas. A partir destes conhecimentos, foi possível observar o comportamento das propriedades termodinâmicas e como elas influenciam no aquecimento aerodinâmico e ao longo dos sete pontos da trajetória de reentrada.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AEROESPACIALMarinho, George Santoshttps://orcid.org/0009-0002-6245-3833http://lattes.cnpq.br/6362824605702287https://orcid.org/0000-0003-3565-4744http://lattes.cnpq.br/0490476694313938Toro, Paulo Gilberto de PaulaSilva, Douglas do NascimentoKorzenowski, HeidiAthayde Neto, Luiz Sampaio2024-10-30T19:13:26Z2024-10-30T19:13:26Z2024-06-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfATHAYDE NETO, Luiz Sampaio. Aquecimento aerodinâmico de uma cápsula em reentrada atmosférica. Orientador: Dr. George Santos Marinho. 2024. 105f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Aeroespacial) - Escola de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60455info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2024-10-30T19:14:05Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/60455Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2024-10-30T19:14:05Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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