Interacción Fluido Estructura en Flujo Compresible en Régimen Supersónico

Abstract

En el presente trabajo se modelan las deformaciones que sufren estructuras aeronáuticas y espaciales, como por ejemplo las toberas de motores cohetes, cuando sobre ellas circula un fluido a altas temperaturas y altos números de Mach. El problema es analizado mediante la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes para flujo compresible en el caso del fluido y las ecuaciones de un sólido elástico con grandes deformaciones y rotaciones en el caso de la estructura. Para el acople de cada subproblema se utiliza el algoritmo de Gauss-Seidel sobre los estados del fluido y la estructura, lo cual facilita la utilización de códigos especializados en cada sub-área. Dependiendo de la física del problema, el acople puede ser fuerte o débil. Para el primer caso es necesario equipar al código con un lazo interno al lazo del paso del tiempo que itera sobre ambos subproblemas
hasta converger una cierta tolerancia, de manera tal de obtener una formulación monolítica para el acople. En
el caso del problema del fluido es necesaria la utilización de una formulación ALE (por Arbitrary Lagrangian-Eulerian Formulation) para poder considerar el movimiento de la malla conforme este interactúa con el sólido que se deforma.
Se presentan resultados sobre la modelación de la interacción entre el fluido y estructura en el encendido de un motor cohete. En este tipo de problemas cuando ocurre la ignición del motor se produce un incremento súbito de la presión en la cámara, lo cual da origen a ondas de compresión que, conjuntamente con la presión de funcionamiento interna, generan deformaciones en la tobera modificando así el patrón de flujo de salida llegando inclusive a producir la falla del motor.