Computational fluid dynamics analysis of a waverider configuration

Este estudo simula o comportamento aerodinâmico de uma configuração de cunha, que serve como modelo fundamental para um waverider, sob condições de fluxo hipersônico utilizando o software SU2. Em vez de focar em geometrias otimizadas, este trabalho estabelece uma linha de base para a análise hipersônica, com o objetivo de validar a estrutura computacional, testar esquemas numéricos, estratégias de malha e condições de contorno, além de analisar os coeficientes aerodinâmicos sob diferentes números de Mach e ângulos de ataque. Os resultados demonstram a convergência bem-sucedida com resíduos mínimos, confirmando a confiabilidade das simulações numéricas. Os resultados destacam a sensibilidade da estrutura do choque e da carga aerodinâmica ao número de Mach e ao ângulo de ataque. Especificamente, as variações no número de Mach e no ângulo de ataque impactam significativamente as distribuições de pressão e a estrutura do choque, com o ângulo de ataque redistribuindo a localização e a intensidade do choque, afetando tanto as características de fluxo na superfície superior quanto na superfície inferior. O estudo enfatiza a importância crítica da otimização geométrica no projeto de veículos hipersônicos, com até pequenas alterações no ângulo de ataque resultando em mudanças substanciais no comportamento aerodinâmico.||Em termos de coeficientes aerodinâmicos, a análise revela uma interação complexa entre os efeitos da onda de choque, as distribuições de coeficiente de pressão e a relação de sustentação-arrasto. À medida que o ângulo de ataque aumenta, a estrutura do choque se intensifica, afetando particularmente a compressão na superfície inferior e a expansão na superfície superior. A relação de sustentação-arrasto melhora moderadamente com o aumento da sustentação, embora o aumento concomitante do arrasto limite essa melhoria. Comparações com soluções analíticas mostram boa concordância, mas as discrepâncias nas zonas de choque e expansão sugerem que uma malha refinada próxima à borda de ataque melhoraria a resolução das interações de choque e fluxo. Além disso, o estudo destaca a necessidade de reavaliar suposições, como a negligência da viscosidade, essencial para melhorar a precisão em condições extremas.