En dinámica de fluidos , chapoteo se refiere al movimiento de líquido dentro de otro objeto (que, por lo general, también está en movimiento).
Estrictamente hablando, el líquido debe tener una superficie libre para constituir un problema de dinámica de chapoteo , donde la dinámica del líquido puede interactuar con el recipiente para alterar la dinámica del sistema de manera significativa. [1] Ejemplos importantes incluyen el chapoteo del propulsor en los tanques y cohetes de naves espaciales (especialmente las etapas superiores), y el efecto de superficie libre (chapoteo de la carga) en barcos y camiones que transportan líquidos (por ejemplo, petróleo y gasolina). Sin embargo, se ha vuelto común referirse al movimiento de un líquido en un tanque completamente lleno, es decir, sin una superficie libre, como "derrame de combustible". [ no verificado en el cuerpo ]
Dicho movimiento se caracteriza por " ondas inerciales " y puede ser un efecto importante en la dinámica de las naves espaciales giratorias. Se han derivado amplias relaciones matemáticas y empíricas para describir el chapoteo del líquido. [2] [3] Estos tipos de análisis se realizan típicamente utilizando dinámica de fluidos computacional y métodos de elementos finitos para resolver el problema de interacción fluido-estructura , especialmente si el contenedor sólido es flexible. Los parámetros no dimensionales relevantes de la dinámica de fluidos incluyen el número de Bond , el número de Weber y el número de Reynolds .
El chapoteo es un efecto importante para las naves espaciales, [4] naves, [3] y algunas aeronaves . Slosh fue un factor en la anomalía del vuelo de prueba Falcon 1 segundo, y ha estado implicado en varias otras anomalías de naves espaciales, incluido un casi desastre [5] con el satélite Near Earth Asteroid Rendezvous ( NEAR Shoemaker ).
El chapoteo de líquido en microgravedad [6] [7] es relevante para las naves espaciales, más comúnmente satélites en órbita terrestre , y debe tener en cuenta la tensión superficial del líquido que puede alterar la forma (y por lo tanto los valores propios ) de la babosa líquida. Por lo general, una gran fracción de la masa de un satélite es propulsor líquido en / cerca del comienzo de la vida (BOL), y el chapoteo puede afectar negativamente el rendimiento del satélite de varias maneras. Por ejemplo, el chapoteo del propulsor puede introducir incertidumbre en la actitud (apuntando) de la nave espacial, lo que a menudo se denomina jitter . Fenómenos similares pueden causar oscilación pogo y pueden resultar en fallas estructurales de un vehículo espacial.
Otro ejemplo es la interacción problemática con el Sistema de Control de Actitud (ACS) de la nave espacial, especialmente para satélites giratorios [8] que pueden sufrir resonancia entre el chapoteo y la nutación , o cambios adversos en la inercia rotacional . Debido a estos tipos de riesgo , en la década de 1960 la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) estudió extensamente [9] el derrame de líquido en los tanques de las naves espaciales, y en la década de 1990 la NASA llevó a cabo el Experimento Middeck de Dinámica de Gravedad 0 [10] en el transbordador espacial . La Agencia Espacial Europea ha adelantado estas investigaciones [11][12] [13] [14] con el lanzamiento de SLOSHSAT . La mayoría de las naves espaciales giratorias desde 1980 se han probado en la torre de caída de Applied Dynamics Laboratories utilizando modelos a subescala. [15] También se han hecho contribuciones extensas [16] por el Instituto de Investigación del Suroeste , pero la investigación está muy extendida [17] en el mundo académico y la industria.