مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

روش نوین طراحی اولیه سامانه‌ی تغذیه موتور سوخت مایع سرمازا با تکیه بر الگوریتم‌های بهینه‌سازی گرادیانی و تکاملی

نویسندگان
دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
در این مقاله، با تدوین روشی نوین، طراحی اولیه اجزای سامانه‌ی تغذیه یک موتور سوخت مایع سرمازا با پیکره‌بندی مدارِ پنوموهیدرولیکی معین، انجام شده است. مدار موتور از نوع سیکل بسته و پیکره‌بندی سامانه‌ی تغذیه‌ی آن شامل یک توربوپمپ اصلی با توربین گازیِ‌ عکس‌العملی، یک بوسترپمپ مولفه‌ی سوخت با توربین هیدرولیکی و یک بوسترتوربوپمپ مولفه‌ی اکسیدکننده با توربین گازی ضربه‌ای است. روش ارائه شده مبتنی بر چهار ویژگی بهینه‌سازی سامانه‌ی تغذیه را انجام می‌دهد. این چهار ویژگی عبارتند از دست‌یابی به مشخصه‌ی مطلوب کاویتاسیونی در پمپ‌ها ـ به ویژه پمپ مولفه‌ی اکسیدکننده ـ بالانس توان پمپ‌ها و توربین‌ها، سازه‌ی روتور و همچنین برآورد جرم سامانه‌ی تغذیه. در نتیجه این فرایند، پارامترهای ورودی لازم برای طراحی اولیه ی هر جزء تعیین می شود. با حل اولیه معلوم می‌شود که بوسترپمپ‌ها، مرز کاویتاسیونی پمپ‌های اصلی را بهبود می‌دهند و بدین وسیله جرم آن‌ها را کم می‌کنند؛ اما خود جرم دیگری به سامانه‌ی تغذیه اضافه می‌نمایند. نقطه‌ی بهینه‌ی این مساله، با دو فرایند گرادیانی و تکاملی (ژنتیک) به دست آمده است و نتایج حاصل با داده‌های یک موتور واقعی با مدار مشابه، مقایسه شده‌اند. مقایسه نتایج طراحی با ورودی‌های مشابه موتور واقعی،‌ درستی روش ارائه شده را اثبات می‌کند و بهبود مشخصه‌های عملکردی سامانه‌ی تغذیه را نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

New Preliminary Design Method of Pump-Fed System in a Cryogenic LPRE Base on Gradient and Genetic Algorithms

نویسندگان English

Mohamad Javad Montazeri
Reza Ebrahimi
KN. Toosi University of Technology
چکیده English

In this paper, a new method for preliminary design of feed system (FS) in a cryogenic liquid propellant rocket engine (LPRE) has been developed. The cycle type of LPRE is pump-fed system and staged combustion. Engine cycle consists of main turbopump with reactive gas turbine, a fuel booster pump with hydro turbine and an oxidizer booster pump with active gas turbine. This method based on four specifications, proper cavitation number in pumps especially in oxidizer component, power balance between pumps and turbines, strength of material in main rotor of turbopump and mass evaluation of FS determine the type of FS components and calculate initial requirements for preliminary design of each of them. Calculation shows that employing of booster pumps improve the cavitation characteristic of main pumps and consequently decrease FS mass, but causes added mass to fed-system. Optimum point could be achieved through using genetic algorithm, in which all involving parameters could be considered. Results of the method compared with the same engine scheme. Comparison of the results confirms the correctness of the method and enhancement of FS characteristic parameters.

کلیدواژه‌ها English

Liquid Propellant Rocket Engine (LPRE)
Feed System
Turbopump
Booster pump. Genetic Algorithm