مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی بهینه سامانه‌ مدیریت پیشرانه (PMD) مخزن حامل سوخت هیدرازین

نویسندگان
1 پژوهشگاه هوافضا
2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی فضایی- دانشگاه آزاد
چکیده
هدف از ارائه مقاله، روش بهینه طراحی سیستمی سامانه مدیریت پیشرانه یا PMD مخزن حامل سوخت هیدرازین برای استفاده در شرایط بی‌وزنی می‌باشد. برای این منظور، از روش‌های عددی برای تحلیل مخزن و رفتار سوخت درون مخزن به همراه PMD برای بهینه‌سازی پارامترهای طراحی سامانه استفاده شده است. بدینصورت که، برای بررسی رفتار سوخت، سامانه مدیریت پیشرانه با استفاده از روش حجم سیال (VOF) در نرم افزار انسیس ویرایش 17 مدل‌سازی نهایی، مش‌بندی و تحلیل شده ‌است. همچنین مدل‌سازی اولیه مخزن و سامانه پیشرانه در نرم افزار سالیدورک ویرایش 2016 صورت پذیرفته است. شبیه‌سازی‌های عددی به منظور بررسی عملکرد PMD و اثبات پدیده مویینگی برای سوخت‌رسانی پایدار در شرایط بی‌وزنی انجام شده است. متغیرهای طراحی در بهینه‌سازی طراحی مخزن و PMD به ترتیب 1- کمینه نمودن نسبت وزن به ضریب اطمینان، 2- مشخصات ابعادی مخزن و PMD (ارتفاع، قطر، ابعاد طول و عرض). پارامترهای بهینه‌سازی PMD با هدف دست‌یابی به بیشترین مقادیر دبی جرمی و نرخ حجمی جریان صورت می‌پذیرد. به عبارت دیگر، هدف دستیابی به بیشترین مقادیر سوخت به PMD می‌باشد که در پایان زمان شبیه‌سازی توسط نمودار نرخ جریان قابل اکتساب است. نتایج تحلیل عددی بدست آمده عبارتنداز: پارامترهای سیستمی بهینه مربوط به مشخصات مخزن و سامانه مدیریت پیشرانه (دستیابی به کمینه وزن و بیشینه ضریب اطمینان و همچنین بیشینه دبی خروجی از سامانه مدیریت پیشرانه). صحه‌گذاری نتایج با مقایسه پارامترهای سیستمی بهینه بدست آمده از نمونه‌های موجود با ابعاد مش متفاوت صورت می‌پذیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Propellant Management Device (PMD) Design Optimization of Hydrazine Fuel Tank

نویسندگان English

Hassan Naseh 1
Ali Alipour 2
چکیده English

The purpose of this article is to design the optimum method of Propellant Management Device (PMD) of hydrazine fuel tank which used in zero-gravity conditions. To this end, numerical methods are used to analysis of the tank and the fuel behavior inside the tank with PMD to optimize system design parameters. Hence, Ansys version 17 software used to finalize modelling, analysis, meshing and consideration of fuel behavior in PMD by utilizing the Volume Of Fluid (VOF) method. Also Solid Works software version 2016 is used to primary PMD and tank modeling. Then, numerical simulation is performed to consider PMD's performance and to illustrate the capillary phenomenon for continues fuel transferring in zero-gravity conditions. The design variables in tank and PMD optimization respectively are: minimizing the tank weight to safety factor ratio; dimensional specifications of tank and PMD (height, diameter, length and width dimensions). The objectives of PMD optimization are to achieve maximum volumetric and mass flow rate values. On the other hands, to achieve the most desirable amount of fuel to PMD, that at the end of the time of simulation used by flow rates curves. Numerical analysis results that are obtained include: optimal system parameters related to the specifications of the tank with minimum weight and maximum safety factor and also optimal system parameters related to specifications of PMD with maximum performance of mass and volume flow rates in zero gravity. In conclusion, by comparing the existing systems with the optimal system parameters results will be verified.

کلیدواژه‌ها English

optimal design
Propellant management Device (PMD)
Numerical analysis
Hydrazine
Fuel tank