Inestabilidad dinámica en cápsula de reentrada tipo elevador a flujo supersónico

Se llevaron a cabo simulaciones numéricas para investigar la inestabilidad dinámica de una cápsula de reentrada tipo elevador japonesa, que se llama Vehículo de Transferencia H-II (HRV), a Mach 1.2, comparando dos formas de cápsula de un modelo original de HRV y un modelo con un ángulo de hombro diferente de 10°. El modelo de 10° tiene un cuerpo trasero más grueso con un ángulo de hombro menor que el modelo original. Un experimento previo de un grado de libertad (1DOF) en dirección de cabeceo reveló que el modelo original era dinámicamente estable, mientras que el modelo de 10° era dinámicamente inestable a Mach 1.2. Para reproducir las mismas tendencias que el experimento, se empleó un esquema numérico de alto orden y simulación de remolino desprendido zonal. En simulaciones de ángulo fijo, encontramos que la estabilidad longitudinal estática del modelo de 10° es mayor que la del modelo original, en contraste con la estabilidad dinámica observada. Las simulaciones de oscilación libre 1DOF reproducieron con éxito las mismas tendencias que el experimento. Aclaramos que el principal factor de la inestabilidad dinámica de la cápsula tipo HRV es una histéresis de la separación de la capa límite en la parte superior de la cápsula. La histéresis es inducida por una variación de momento en una capa límite debido al movimiento de la cápsula. También encontramos que para las cápsulas tipo HRV, cuanto menor es la estabilidad estática dentro del rango estable estáticamente, mayor podría ser la estabilidad dinámica. Además, en el lado inferior, un signo del trabajo ejercido por el flujo circundante es diferente entre el modelo original y el modelo de 10°. Un análisis de descomposición de modos dinámicos indicó que las estructuras de vórtice en la estela de la cápsula podrían inducir esta diferencia.