Wie weit kann der Überschallfallschirm im LDSD-System für den Mars von der Eintrittskapsel entfernt platziert werden?

In diesem Interview auf NASA Edge sprach Ian Clark, leitender Forscher für den Low Density Supersonic Decelerator, über die Umgebung, in der der Fallschirmteil des Systems betrieben werden muss:

Fallschirme sind sehr unbeständige Geräte, insbesondere Überschall-Fallschirme. Wenn wir sie benutzen müssen, wie wir es auf dem Mars tun, ist es hinter einem sehr großen, stumpfen Fahrzeug. Dieses Fahrzeug schreit durch die Atmosphäre. Es schlägt ein Loch in die Atmosphäre. Die ganze Luft strömt dahinter, um das Vakuum zu füllen, das es erzeugt. Das schafft eine sehr turbulente, sehr instabile Umgebung, in der der Fallschirm leben kann.

Je weiter der Fallschirm vom Fahrzeug entfernt ist, desto weniger Turbulenzen gibt es. Was begrenzt also, wie weit entfernt es eingesetzt werden kann?

LDSD Überschall-Verzögerer-Fallschirm

Wenn die obige Abbildung die 6-m-Kapsel mit eingesetztem SIAD zeigt, scheint sie nicht maßstabsgetreu zu sein - der Fallschirm ist 33,5 m lang. Handelt es sich um eine andere Fallschirm- und SIAD-Kombination? Stellt es die im realen System verwendeten Proportionen genau dar?

Antworten (2)

Das Diagramm ist vielleicht nicht genau maßstabsgetreu, aber es ist näher als Sie denken. Der Fallschirm hat eine Länge von 30,5 Metern (nicht 33,5), wobei dies der konstruierte Durchmesser ist, der als D0 bezeichnet wird. Das ist effektiv der Durchmesser des Fallschirmmaterials, das flach auf dem Boden liegt. Der Durchmesser der Schürze beim Fliegen beträgt etwa 83% des konstruierten Durchmessers, variiert jedoch, wenn der Fallschirm atmet. Es wird also nicht als Spezifikation für einen Fallschirm verwendet.

Wir halten den Fallschirm gerne etwa zehn Vorderkörperdurchmesser entfernt, um seine Auswirkungen zu begrenzen. Je weiter Sie nach hinten gehen, desto stärker muss die Kanone sein, um sie abzuschießen, was schlechte Auswirkungen auf das System hat. Wir würden lieber mit dem Verhalten des Fallschirms dort hinten leben, der fast den vollen Widerstand erzeugt, den er ohne Vorderkörper hätte, als zu versuchen, ihn weiter nach hinten zu bringen. Aber wir müssen dieses Verhalten verstehen, um es in Simulationen richtig modellieren zu können.

Es hängt alles von der Trennung der Strömung um das Modul ab; Wirbelbildung ist der wichtigste Faktor für Turbulenzen, und wenn die Strömung vollständig konvergiert ist, bevor sie den Fallschirm erreicht, ist das großartig! Das kann man also nicht pauschal festlegen, es gibt keine andere Faustregel als „weiter ist besser“: es kommt darauf an, wie die Strömungsdynamik der Umströmung des Moduls aussieht.

Hilft es, wenn ich die Frage nur auf das LDSD-System für den Mars beschränke?
@briligg: Sicherlich, aber die beste Antwort würde gefunden werden, wenn man dieses nach Pfannkuchen aussehende Modul mit den richtigen Reynolds-Zahlen in den Fluss steckt und beobachtet, bis wann eine Trennung zu erfolgen scheint. Nach meinem Verständnis gibt es keine wirkliche Faustregel, die Sie für ein Problem wie Turbulenzen verwenden können, insbesondere in einer atypischen Flüssigkeitsumgebung wie der Marsatmosphäre beim Hyperschall-Wiedereintritt. Es ist ein komplexes Problem. In diesem Artikel finden Sie einige interessante, etwas verwandte Arbeiten: Daran dachte ich, als ich Ihre Frage las.
Der Abschnitt über Aerodynamik und Aerothermodynamik auf Seite 11 scheint der relevante Teil zu sein, falls sich jemand sonst damit befasst.
Auf jeden Fall habe ich den Umfang der Frage basierend auf Ihrer Eingabe eingegrenzt. Ich hoffe, dass bezüglich der diesbezüglichen Designentscheidungen zum LDSD mehr gesagt werden kann.
Wie weit kann der Überschallfallschirm im LDSD-System für den Mars von der Eintrittskapsel entfernt platziert werden?
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