Ejecta behavior during plume-surface interactions under rarefied atmospheric conditions
Ejecta behavior during plume-surface interactions under rarefied atmospheric conditions
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稀薄大气条件下羽流-表面相互作用期间的喷射物行为
DOI：
10.1016/j.actaastro.2024.02.013
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发表时间：
2024
影响因子：
3.5
通讯作者：
Raghav, Vrishank
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Silwal, Lokesh;Bhargav, Vikas N.;Stubbs, Daniel C.;Fulone, Brandon K.;Thurow, Brian S.;Scarborough, David E.;Raghav, Vrishank
羽状表面相互作用（PSI）发生在星际飞行器的起飞和着陆过程中，导致粒子喷射和陨石坑的形成。这对飞行器和着陆点附近的任何结构或基础设施都是有害的。全面了解这种三维现象的一个主要挑战是需要同时描述喷射和陨石坑动力学。本文采用高速立体摄影测量和平面粒子跟踪测速技术，在不同喷嘴高度和环境压力条件下的真空室内进行了实验，量化了弹孔和弹射动力学。可以预见的是，大斯托克斯数的喷出物在离开火山口后的轨迹基本上不受喷嘴流量的影响。在稀薄条件下，弹射运动学（速度、弹射角度、范围和高度）与连续条件相比有显著差异。最后，研究结果表明，在当前的测试案例中，弹射运动学和陨石坑拓扑结构之间存在依赖关系，为粒子弹射的初始特征提供了重要的见解。
Plume-surface interactions (PSI) occur during the take-off and landing of interplanetary vehicles, leading to particle ejection and the formation of craters. This can be detrimental to the vehicle and any structures or infrastructure near the landing site. A major challenge in developing a comprehensive understanding of this three-dimensional phenomenon is the need to characterize the ejecta and cratering dynamics simultaneously. Here, experiments are conducted in a vacuum chamber at different nozzle heights and ambient pressure conditions using high-speed stereo-photogrammetry and planar particle tracking velocimetry to quantify the cratering and ejecta dynamics. Predictably, it was observed that the trajectory of ejecta with a large Stokes number was mostly unaffected by the nozzle flow after leaving the crater. Under rarefied conditions, the ejecta kinematics (velocity, ejection angle, range, and height) were significantly different compared to continuum conditions. Finally, the findings demonstrate a dependency between ejecta kinematics and crater topology for the current test cases, providing critical insights into particle ejection’s initial characteristics.
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