Stratos IV

Stratos IV is één van de belangrijkste projecten binnen het TU Delft studententeam van DARE. Het doel van dit project is om met een zelfgebouwde raket de ruimte (100 km hoogte) te bereiken. Als sponsor levert One Simulations advies en CFD simulaties van de complexe natuurkunde ter ondersteuning van het studententeam. De samenwerking heeft vooral betrekking op het bepalen van de luchtweerstand en de stabiliteit van de supersone raket.

CFD Simulaties

Met CFD simulaties is de raket tijdens vijf momenten van zijn vlucht gesimuleerd . De vluchtsnelheid varieert van 37 m/s (Mach 0,11) tot een hoge supersone vluchtsnelheid van 1.238 m/s (Mach 4,1). Hierbij is de supersone hete vlam uit de raketmotor ook gesimuleerd.

De figuren tonen het ontstaan van de schokgolven rond de neuskegel en bij de stabilisator vinnen. De zogenaamde “Shock cells” zijn goed te zien bij Mach 0,11 nabij de raketmotor als afwisselend hoge druk (rode kleur) en lage druk (blauwe kleur).

CFD Simulaties

Met CFD simulaties is de raket tijdens vijf momenten van zijn vlucht gesimuleerd . De vluchtsnelheid varieert van 37 m/s (Mach 0,11) tot een hoge supersone vluchtsnelheid van 1.238 m/s (Mach 4,1). Hierbij is de supersone hete vlam uit de raketmotor ook gesimuleerd.

De figuren tonen het ontstaan van de schokgolven rond de neuskegel en bij de stabilisator vinnen. De zogenaamde “Shock cells” zijn goed te zien bij Mach 0,11 nabij de raketmotor als afwisselend hoge druk (rode kleur) en lage druk (blauwe kleur).

Op het moment dat de raket op zijn hoogste punt is, wordt de neuskegel afgescheiden van de rest de raket om vervolgens veilig aan een parachute te landen op aarde. Voor de parachute geactiveerd wordt maakt de neuskegel nog een lange vrije val. Om de beweging en de resulterende krachten en temperaturen op de neuskegel te berekenen is gebruikt gemaakt van de 6 DoF (Degrees of Freedom) solver van Ansys Fluent. In de simulatie kan de neuskegel vrij bewegen door de berekende aerodynamische krachten.

Bij de onderstaande animatie is de neuskegel losgelaten op een hoogte van 133 km. Door het gebrek aan luchtweerstand versnelt de neuskegel in 120 s tot een maximale snelheid van 1.085 m/s. Vanaf dit moment op een hoogte van 65 km neemt de luchtweerstand toe en vertraagt de neuskegel. Dit resulteert in een chaotische val en hoge temperaturen bij de neuskegel.

Chief Simulations Stratos IV:

“De resultaten van de center of pressure waardes gaven snel duidelijkheid (en opluchting) bij ons team over de stabiliteit van de raket. Ook de resultaten van de vallende neuskegel waren geweldig om te zien en gaven ons zekerheid omtrent welke drag coefficient we moeten gebruiken om de instabiele neuskegel met een 3-DoF simulatie te kunnen simuleren. Als laatst, waardeerde ik de aangeboden hulp enorm wanneer wij zelf met CFD problemen zaten.“