突破极限飞跃外太空
发布者:cadit 发布时间:2020/4/27 阅读:226 次

突破极限飞跃外太空



斯坦福大学学生空间计划(Stanford SSI)正在利用仿真超越竞争对手


斯坦福大学学生空间计划(Stanford SSI)正在利用Ansys仿真技术优化各类创记录的技术。仿真正在快速提升Stanford SSI在高校级航空航天领域的领先地位。尽管该团队成立仅有7年时间,但他们已经设计出微重力环境下DNA合成方法,并用他们的长航时气球系统创下世界记录。但最重要的是,Stanford SSI希望运用仿真突破工程极限,激起人们对太空的兴趣。

本文将从3个独特的应用案例来展现这支学生团队如何通过仿真技术实现突破:

  1. 使用冷气体推进器的CubeSat设计

  2. 将气球用作点火前第一级的火箭设计

  3. 硝基煤油液体火箭发动机


1. Stanford SSI的火箭设计如何开发首个开源宇宙飞船

Stanford SSI的目标是开发出首个完全开源的宇宙飞船,它仅需耗资4,000美元就能将半公斤物体投送到100km的高度。该团队正在充分利用其高空气球专业技术。计划是将气球用作第一级,将火箭运载至高空,然后,当火箭抵达地球大气层顶部边界5%以内距离时,发动机就会被点燃。

Stanford SSI的宇宙飞船火箭网格用于超音速计算流体动力学(CFD)仿真


该团队计算出此计划将使火箭在三秒内加速到5马赫,这样会在火箭上产生大量热应力。为确保火箭能够经受考验,Stanford SSI利用了Ansys无处不在的工程仿真,借助仿真可计算出火箭在第一秒内飞行半公里(0.31英里)时产生的热量和空气动力学系数。


2. Stanford SSI利用仿真优化CubeSat设计

除了将火箭推进到外太空,Stanford SSI还依靠Ansys解决方案为其它具有挑战性的任务提供可靠的仿真。在研发一种能通过精心控制的激光传输大量数据的光通信CubeSat时,该团队运用Ansys解决方案评估设计的结构及热可靠性。



CubeSat冷气体推进器喷嘴的非稳态流仿真


在最新卫星项目CubeSat(能在深空自主导航)中,Stanford SSI利用Ansys仿真来支持其冷气体推进器的测试。


3. Stanford SSI使用仿真测试其液体火箭发动机

同时,SSI正在努力打破目前液体火箭发动机的学生最高记录。该团队研究了火箭飞行的空气动力学,并估计硝基煤油液体推进系统将有望让液体发动机的学生最高记录翻倍。

CubeSat燃烧室和喷嘴的热仿真


Ansys仿真解决方案是设计每个部件的关键,其重点是安全、简单和高效。Stanford SSI分析了火箭燃料箱、喷嘴和管道的强度,以确保它们能承受太空发射的极限载荷。此外,该团队还对火箭内部的热传递进行仿真,确保其喷嘴不会融化。



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