إعلان PRIN 2022D. D. N. 104 بتاريخ 2 فبراير 2022
عنوان المشروع: HERMES - تعزيز المركبات فرط الصوتية من خلال التحسين المتين متعدد مستويات الدقة لاستغلال الفضاء
CODICE CUP D53D23004350001
الميزانية: € 86.536
مسؤول الوحدة البحثية U.R. Francesco Bonelli
وحدات بحثية أخرى: جامعة بوليتكنيكو دي ميلانو
وصف موجز للمشروع
يندرج المشروع ضمن مجال تقنيات الطيران فرط الصوتي والوصول إلى الفضاء، مع إيلاء اهتمام خاص لإعادة دخول المركبات الفضائية الغلاف الجوي، وللصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام، والمركبات دون المدارية. يمثل الطيران فرط الصوتي اليوم مجالًا يحظى باهتمام علمي وصناعي كبير، إذ يشمل تطبيقات مرتبطة بالبحث والاستكشاف الفضائي والنقل عالي السرعة والسياحة دون المدارية. ويتطلب تصميم هذه المركبات أدوات قادرة على وصف الظواهر الفيزيائية المعقدة، مثل التأثيرات الهوائية الحرارية والاختلال في التوازن الكيميائي الحراري، مع مراعاة أوجه عدم اليقين المرتبطة بظروف التشغيل والنماذج العددية أيضًا. وتناول المشروع تطوير منهجيات متعددة مستويات الدقة للتصميم المتين والتحسين الديناميكي الهوائي للمركبات فرط الصوتية.
أُولي اهتمام خاص لنمذجة العمليات الكيميائية الحرارية في الهواء المحايد وفي وجود الأنواع الناتجة عن التآكل، باستخدام كل من نماذج الحالة بالحالة والنماذج ذات درجات الحرارة الداخلية المتعددة، المستنبطة بطريقة متسقة ذاتيًا من منهج الحالة بالحالة.
الغرض
استهدف المشروع تطوير أدوات عددية ومنهجيات للتصميم المتين للمركبات فرط الصوتية، قادرة على دمج النماذج والبيانات ذات مستويات الدقة والتكلفة الحاسوبية المختلفة. وكان الهدف هو تحسين القدرة التنبؤية للمحاكاة، بما في ذلك وصف أكثر دقة للعمليات الكيميائية الحرارية في الهواء المحايد بوجود الأنواع الناتجة عن التآكل.
تمثل أحد الأهداف الرئيسية في خفض التكلفة الحاسوبية لمنهج الحالة بالحالة المحسوب على أساس الاهتزازات، وذلك من خلال تنفيذ منهج قائم على درجات حرارة داخلية متعددة، تُجمع فيه المستويات الاهتزازية ضمن مجموعات تتميز بتوزيعات بولتزمان عند درجات حرارة مختلفة.
النتائج المتوقعة
تعلقت النتائج المتوقعة بوضع منهج متعدد مستويات الدقة لخفض التكلفة الحاسوبية لإجراءات التصميم والتحسين، مع الحفاظ على مستوى عالٍ من الدقة في التنبؤ بالأداء الديناميكي الهوائي.
وعلى وجه الخصوص، كان من المتوقع تحسين نماذج الحركية الكيميائية للحالة بالحالة في الهواء المحايد بوجود الأنواع الناتجة عن التآكل، وتطوير نماذج ذات درجات حرارة داخلية متعددة لخفض التكلفة الحاسوبية في إطار متعدد مستويات الدقة.
النتائج المحققة
أتاح المشروع تطوير منهجيات عددية وتعزيزها من أجل التصميم المتين للمركبات فرط الصوتية، بالاستناد إلى دمج نماذج متعددة مستويات الدقة وتقنيات تقدير عدم اليقين. وعلى وجه الخصوص، وُضعت إجراءات مفيدة للتحسين الديناميكي الهوائي المتين للمركبات التي تسافر بسرعات فرط صوتية. كما حُسّنت نماذج الحالة إلى الحالة لوصف الظواهر الكيميائية الحرارية في الهواء المتعادل بوجود الأنواع الناتجة عن الاستئصال، واشتُق نموذج متعدد درجات الحرارة الداخلية لخفض الكلفة الحسابية. وبوجه عام، أسهمت الأنشطة المنفذة في تطوير أدوات أكثر كفاءة وقدرة على التنبؤ لتصميم المركبات فرط الصوتية، مع آثار محتملة على خفض تكاليف الإطلاق وتيسير الوصول إلى الفضاء.
