Simulación Numérica de un Propulsor Magnetopasmadinámico por el Método de Volúmenes Finitos

Abstract

Se conoce como magnetogasdinámica o MGD para abreviar, a la rama de la mecánica del continuo que estudia el movimiento de un gas eléctricamente conductor en presencia de un campo magnético. La MGD computacional representa una de las más prometedoras tecnologías computacionales interdisciplinarias para el diseño aeroespacial. En la actualidad, en Argentina, se está desarrollando un propulsor magnetoplasmadinámico de propelente sólido (AMPD) como una opción de propulsión para satélites; en particular, para el control de órbita y/o de actitud de microsatélites. Un modelo MGD se basa generalmente en el supuesto de que el plasma puede considerarse como un medio continuo y por lo tanto se puede caracterizar por relativamente pocas cantidades macroscópicas.
El modelo para un flujo afectado por fuerzas electromagnéticas incluye el conjunto completo de las ecuaciones de Maxwell, junto con las ecuaciones de Navier-Stokes. Las ecuaciones de la MGD real constituyen un sistema de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales parabólico-hiperbólico. Al ser planteado el sistema de ecuaciones en forma conservativa las contribuciones parabólicas son escritas en forma de flujos, lo que permite actualizar las variables de estado considerando tanto los flujos hiperbólicos como los parabólicos. Para tratar los flujos hiperbólicos la técnica de ocho ondas
presentada por Powell ha sido implementada junto con la normalización de los vectores propios descripta por Zachary. La aproximación numérica se basa en la utilización de volúmenes finitos sobre mallas estructuradas. Para el cálculo de los flujos numérico hiperbólicos se ha implementado una extensión a la MGD del esquema de Harten-Yee original, conjuntamente con un seguidor de Riemann aproximado.
En este trabajo se muestra el tratamiento de las condiciones de borde mecánicas y magnéticas para un propulsor AMPD, así como los resultados de simulaciones numéricas de dicho propulsor en base a características geométricas y funcionales reportadas en la literatura especializada.