Direct Simulation Monte Carlo módszer összehasonlítása mérési eredményekkel űreszköz légkörbe érkezésének kezdeti fázisára
Atmoszférikus visszatérésnek (angolul: Atmospheric reentry) nevezzük azt a folyamatot, amely során a különböző űreszközök belépnek a légkörbe majd kis idő elteltével biztonságosan elérik a földet. Ennek a folyamatnak a tanulmányozása az űrkutatással foglalkozó mérnökök egy fontos kutatási területe. Ez segít megértenünk az áramlás viselkedését nagy magasságokban, ami szükséges az űreszközök további fejlesztéséhez.
Ezt a jelenséget numerikus és experimentista úton is vizsgálhatjuk. Bár lehetséges földi mérések kivitelezése is, például hiperszonikus szélcsatornákban vagy plazmatron létesítményekben, ezek csupán megközelítik a valós repülési adatokat, és további validálásra szorulnak. Megbízható repülési eredményeket elsősorban űrrepülési tesztek során nyerhetünk, ezek azonban nagyon drágák, sok előkészületet és tervezést igényelnek, és ezért általában megismételhetetlenek.
Az elmúlt évtizedekben a számítási kapacitás növekedésével egyre nagyobb teret nyert az áramlások numerikus úton történő vizsgálata. A legtöbb megoldóprogram a numerikus úton megoldott Navier-Stokes egyenleteket alkalmazza az áramlás kiszámítására. Ezek az egyenletek azonban csak folytonos (kontinuum) közeg esetén érvényesek. Az atmoszférikus visszatérés során jelenlévő áramlási közeg ritka, nem pedig folytonos, ezért ebben a tartományban a Navier-Stokes egyenletek nem szolgáltatnak megbízható megoldást. Az ilyen és hasonlóan ritka áramlásokat molekuláris szinten kell tanulmányoznunk.
Ennek számítására alkalmas módszer a Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) módszer. Ez a módszer a molekulák egymással és a vizsgált testtel történő ütközéseiből számítja ki a makroparamétereket. A DSMC egy gyakran alkalmazott mód ritka áramlások szimulációjára sok különböző alkalmazásban.
De mint numerikus módszert, ez is validációt igényel.
A kutatás célja volt valós repülési adatok felkutatása és feldolgozása volt, majd a repülési adatok alapján szimulációk futtatása, majd a kettő összehasonlítása. Az összehasonlítás az Apollo-3 küldetés űrkapszulájára lett elvégezve.
Ez a dolgozat egy a Von Karman Intézetben folytatott kutatómunka összefoglalása.
szerző
-
Stibrányi Márton Miklós
gépészeti modellezés
nappali (angol nyelvű)
konzulens
-
Várhegyi Zsolt
, (külső)
