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Diseño y modelamiento computacional de una tobera aeroespacial tipo plug en condiciones de presión atmosférica decreciente

Resumen

Las toberas son dispositivos que permiten aprovechar la energía mecánica de los gases en expansión, una clase de tobera es la Plug o aerospike, cuyo rendimiento para alta presión atmosférica es mejor en comparación con los otros tipos de tobera en términos de empuje. Si la tobera Plug pudiera mantener su empuje mientras asciende a través de la atmósfera, es decir, mientras la presión atmosférica está disminuyendo, sería una alternativa diferente a la tobera de campana tradicional. Para tal fin se diseña y modela computacionalmente una tobera plug que opere en condiciones de presión atmosférica decreciente. Usando el modelo de turbulencia Menter SST k-ω se simula numéricamente el flujo en una tobera plug, con parámetros geométricos preestablecidos y se analiza el efecto del truncamiento sobre la misma. De esta forma se evaluará el desempeño de la tobera plug, a partir del empuje entregado por la tobera con diferentes grados de truncamiento, así como en condiciones de presión atmosférica decreciente. A partir del diseño de la geometría de la tobera plug y usando el software de CFD ANSYS FLUENT para modelar el flujo supersónico con las respectivas condiciones de frontera cómo presión y temperatura en la cámara de combustión, se evalúa el empuje desarrollado por la tobera plug.