Amplificación de la turbulencia a través de una onda de choque en régimen hipersónico
Abstract
El interés por el desarrollo de armas hipersónicas está aumentando en los últimos años de forma notable. Las principales potencias mundiales han ensayado con éxito misiles hipersónicos de crucero, que, a diferencia de sus competidores directos (misiles balísticos o de crucero subsónico), ofrecen maniobrabilidad a velocidades que superan en un factor de orden 5 la velocidad del sonido. No obstante, aún existen fuertes barreras tecnológicas que impiden que estos misiles pueden considerarse una alternativa fiable en el corto plazo. Las altas cargas térmicas que afectan a la estructura, la formación de plasma inducido por intensas ondas de choque que interfiere con la comunicación, así como la estabilidad aerodinámica por la presencia de zonas turbulentas en órbitas bajas son problemas de gran envergadura técnica. En este trabajo, calculamos el incremento de la intensidad de la turbulencia al atravesar una onda de choque en régimen hipersónico, el cual tiene interés en los tres problemas mencionados. Encontramos que la intensidad y la energía cinética turbulenta (TKE) de las fluctuaciones se amplifican más a través del choque que en el caso con química congelada (régimen no hipersónico). Además, el número de Reynolds turbulento también se amplifica a través del choque para números de Mach hipersónicos en presencia de disociación y excitación vibratoria, a diferencia de la atenuación observada en el caso con química congelada. La presencia de múltiples especies químicas remodela la curva TKE vs el número de Mach incidente generando dos máximos que se ajustan bastante bien a los procesos de disociación del O2 y N2. Las condiciones de salto sin perturbaciones a lo largo del choque se calculan utilizando Combustion Toolbox, un código termoquímico propio capaz de capturar fenómenos de alta temperatura como disociación, ionización y recombinación en mezclas multicomponente, que resultan ser los efectos dominantes en los choques hipersónicos en aire.
