Estudio CFD de la influencia del deflector sobre el campo aero-acústico en el despegue del cohete VEGA

Abstract

[ES] La generación de ruido y la forma en que este se propaga durante el lanzamiento de un vehículo espacial es un factor clave durante las etapas de diseño de los vehículos de lanzamiento y la plataforma de despegue. Esto es debido a los fenómenos vibro-acústicos que se generan y que pueden afectar tanto a la estructura como a la carga de pago transportada por el vehículo. La principal fuente de ruido es el chorro del motor cohete y sus reflexiones sobre la plataforma de despegue. Los canales de la plataforma están diseñados para actuar sobre los gases de escape alejándolos del vehículo, siendo el deflector de la llama el sistema principal encargado de redirigir dichos gases. El objetivo de este trabajo es estudiar la influencia de la geometría del deflector en el entorno aero-acústico generado durante el lanzamiento del cohete VEGA. En concreto se han estudiado tres geometrías diferentes. Para este estudio se ha utilizado la mecánica de fluidos computacional mediante el software OpenFOAM, ya que este tipo de modelado permite obtener información sobre los fenómenos que se producen en el lanzamiento, tanto espacial como temporalmente.

[EN] Noise generation and how it propagates during the launch of a space vehicle is a key factor during the design stages of launch vehicles and the launch pad. This is due to the vibro-acoustic phenomena generated that can affect both the structure and the payload carried by the vehicle. The main source of noise is the jet of the rocket engine and its reflections on the launch pad. The platform channels are designed to act on the exhaust gases moving them away from the vehicle, being the flame deflector the main system in charge of redirecting these gases. The objective of this work is to study the influence of the deflector geometry on the aero-acoustic environment generated during the launch of the VEGA rocket. Specifically, three different geometries have been studied. Computational fluid mechanics has been used for this study by means of OpenFOAM software, since this type of modeling allows to obtain information about the phenomena that occur during the launch, both spatially and temporally.

[CA] Per aquest estudi s’ha utilitzat la mecanica de fluids computacional mitjanc¸ant el programari ` OpenFOAM, degut a que aquest tipus de modelatge permet obtindre informacio sobre els ´ fenomens que es produeixen en el llanc¸ament, tant espacial com temporalment. ` Per a l’estudi de la influencia de la geometria del deflector s’han obtingut imatges de Schlie- ` ren sintetiques amb l’objectiu d’identificar les ones de xoc generades. Aix ` ´ı mateix, s’ha visualitzat el nivell de pressio sonora per a estudiar la propagaci ´ o de les ones ac ´ ustiques. La com- ´ paracio d’intensitat sonora s’ha centrat en el ´ fairing del vehicle, ja que es on se situa la c ´ arrega ` de pagament i on han de minimitzar-se les carregues. ` D’aquesta manera s’ha comprovat com tant el deflector original com el deflector inclinat estudiats redueixen la carrega sonora sobre el ` fairing respecte al deflector pla. A mes, s’ha ´ observat que el deflector inclinat es el que menor SPL mitj ´ a produeix sobre el ` fairing del vehicle.