مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی و تحلیل عددی دهانه ورودی مافوق صوت متقارن محوری در عدد ماخ 3

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
مجتمع دانشگاهی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین شهر، اصفهان، ایران
چکیده
دهانه ورودی مافوق صوت، نقش کلیدی در عملکرد موتورهای هواتنفسی به ویژه موتورهای رمجت دارد. کاربرد دهانه ورودی در موتورهای رمجت این است که سرعت هوا را از جریان آزاد تا سرعتی که با سرعت شعله در دسترس در محفظه احتراق سازگار است، کاهش دهد. از اینرو طراحی دقیق و صحیح دهانه ورودی، تاثیر بسزایی بر عملکرد کل سیستم و پارامترهای اصلی موتور رمجت دارد. در کار حاضر یک دهانه ورودی تراکم خارجی متقارن محوری برای عملکرد در عدد ماخ پروازی ۳ طراحی شده است. از آنجا که رفتار جریان برای این نوع دهانه ورودی پیچیده‌تر از دهانه ورودی دوبعدی است یک برنامه کامپیوتری برای حل معادلات مربوط به گذر جریان مافوق صوت از روی مخروط و نیز ارتباط بین پارامترها و اصول و قیود طراحی دهانه ورودی متقارن محوری تدوین شده است که هندسه نهایی شامل جزییات هندسی مخروط، کلاهک دهانه و کانال زیرصوتی را به‌صورت یکپارچه به عنوان خروجی رسم می‌کند. از آنجا که نیروهای لزجت را به‌دلیل تاثیر بر الگوی شاک‌ها و جدایش جریان نمی‌توان نادیده گرفت، شبیه‌سازی و الگوی رفتار جریان لزج به‌وسیله نرم‌افزار دینامیک سیالات محاسباتی بررسی و صحت‌سنجی شده است. بدین منظور از مدل RNG K-ɛ برای مدل‌سازی اغتشاش جریان و از دقت مرتبه دوم برای گسسته‌سازی ترم جابجایی استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهد که هندسه طراحی‌شده می‌تواند الزامات عملکردی مورد نظر را برآورده سازد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Design and Analysis of Axisymmetric Supersonic Inlet at Mach 3

نویسندگان English

M.H. Mohammadi
M. Asghari
University Complex of Mechanical & Aerospace Engineering, MalekAshtar University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

Supersonic inlet has a key role in the performance of air-breathing engine special in ramjet engines. The function of a ramjet engines diffuser is to decelerate the air velocity from its free-stream at the intake to a velocity which is compatible with the available flame velocity. Accurate design of inlet has an important effect on the performance of a ramjet system and its main parameters. In this study, an external compression supersonic inlet designed at Mach 3. Flow behavior for this type of inlet is more complicated than the two-dimensional inlet. Because of this character, a computer program for solving the equations of supersonic flow through the cone, and the relationship between the parameters and the principles of the inlet has developed which integrates the final geometry, including center body geometrical details, inlet cowling and subsonic channel as . Since viscous forces cannot be ignored because they cause complex shock patterns and flow separation, the simulation and flow behavior pattern is modeled and validated by computational fluid dynamics software. For this purpose, the RNG K-ɛ model was used for flow turbulence modeling and second-order accuracy was used for of convection term. The results show that the designed geometry can meet the desired performance requirements.

کلیدواژه‌ها English

Inlet
Supersonic
External compression
Computational fluid dynamic
Akbarzadeh M, Kermani MJ. Numerical simulations of inviscid airflows in ramjet inlets. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering. 2009;33(2):271-296. [Link] [DOI:10.1139/tcsme-2009-0021]
Halwas HK, Aggarwal S. Effect of side gust on performance of external compression supersonic inlet. Journal of Aircraft. 2019;56(2):569-582. [Link] [DOI:10.2514/1.C035093]
Seddon J, Goldsmith EL. Intake aerodynamics. Reston VA: American Institute of Aeronautics and Astronautics; 1999. [Link] [DOI:10.2514/4.473616]
Oswatitsch K. Pressure recovery for missiles with reaction propulsion at high supersonic speeds (the efficiency of shock diffusers). In: Schneider W, Platzer M, editors. Contributions to the development of gasdynamics. Brunswick: Vieweg+Teubner Verlag; 1980. pp. 290-323. [Link] [DOI:10.1007/978-3-322-91082-0_18]
Shapiro AH. The dynamics and thermodynamics of compressible fluid flow. 2nd Volume. Unknown City: Ronald Press Company; 1954. [Link]
Woolwine, Jansen KE, Kopasakis G,Connolly JW. Reduced order modeling of a supersonic flow field. Journal of Propulsion and Power. 2019;35(2):277-288. [Link] [DOI:10.2514/1.B37064]
Mahoney JJ. Inlets for supersonic missiles. Washington DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics; 1990. [Link] [DOI:10.2514/4.403799]
Wilcox DC. Comparison of two-equation turbulence models for boundary layers with pressure gradient. AIAA Journal. 1993;31(8):1414-1421. [Link] [DOI:10.2514/3.11790]
Bulat MP, Bulat PV. Comparison of turbulence models in the calculation of supersonic separated flows. World Applied Sciences Journal. 2013;27(10):1263-1266. [Link]
Conners JF, Meyer RC. Performance characteristics of axisymmetric two-cone and isentropic nose inlets at Mach number 1.90 [Internet]. Denton TX: University of North Texas Libraries, Digital Library; 1955 [Unknown cited]. Available from: https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc61659/m1/2/ [Link]