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Numerical Simulations of Rarefied Gas Flow with ''Direct Simulation Monte Carlo'' Method

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1.2. Application highlights RCS thruster/freestream interaction On orbit, vehicles employ a RCS for maneuvering purposes. As a vehicle descends into an atmo- sphere, either to deorbit or for some form of aeromaneuvering, the reaction control system is the only form of active control available for the vehicle in the free molecular regime. Once the vehicle more deeply penetrates the atmosphere, and the freestream density has reached a sufficient level, traditional aerodynamic control surfaces (rudders, body flaps, etc.) can be used to trim the vehicle in the desired attitude. Until that time, as the vehicle descends there is a progressively stronger interaction between the RCS plume flowfiled and the oncoming freestream. This interaction may reduce or enhance the anticipated effectiveness of the RCS through a change in the surface pressure distribution and a subsequent change of the vehicle’s aerodynamic characteristics. A representative solution is shown in Fig. 1.5 and reproduce a simplified experiment, involving a sonic jet in a low density cross flow over a sharp leading edge plate, that was carried out at the Defense Research Agency in Farnborough. The lobe on top of the plate is the plume surface from a continuum calculation, which is used as an inflow boundary for the DSMC computation. Fig. 1.5 illustrates how strong the interaction can be as clearly evident shocks form to redirect the flow past the jet. Figure 1.5: Experimental investigation into a freestream/jet interaction. [22] Mars global surveyor mission anomaly From an aeronautics perspective, NASA’s Mars Global Surveyor (MGS) vehicle was historic in that it was the first vehicle to utilize aerobraking as a means of achieving mission objectives. Aerobrak- ing was used in conjunction with propulsive burns to attain the desired final orbit for the vehicle, as opposed to using propulsive means exclusively. This reduce the amount of propellant needed for the circularization phase of the mission, and thus reduced the overall mass of the vehicle. Extensivecalculationoftheaerodynamicloadsandaerothermodynamicenvironmentwascarried out using a commercial DSMC software (NASA’s DAC software) to provide the necessary confir- mation that the aerobraking could be performed successfully. An example of heating distribution solution is shown in Fig. 1.6. Matteo Cimini 6
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Numerical Simulations of Rarefied Gas Flow with ''Direct Simulation Monte Carlo'' Method

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Informazioni tesi

  Autore: Matteo Cimini
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2016-17
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Aeronautica
  Relatore: Matteo Bernardini
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 192

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