مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

رابطه ضربه ویژه بر حسب تغییرات پس فشار و الگوریتم محاسبه نسبت انبساط بهینه نازل مخروطی

نویسندگان
دانشگاه صنعتی شریف
چکیده
وظیفه اصلی نازل همگرا- واگرا تبدیل انرژی تولیدشده در محفظه به انرژی جنبشی جهت ایجاد نیروی پیشران است. پارامترهای مختلفی بر روی عملکرد این جز از موتور تأثیرگذار است که به عنوان یکی از مهم‌ترین این پارامترها، می‌توان به اثرات فشار محیط یا به اصطلاح پس فشار اشاره داشت. اصولاً طراحی نازل‌ها برای یک پس فشار خاص صورت می‌گیرد و در زمان صعود به ارتفاعات بالا پس فشار به شدت تغییر می‌یابد که عملکرد نازل را در شرایط غیر بهینه قرار می‌دهد. در پژوهش حاضر با استفاده از ابزار عددی، اثرات تغییر پس فشار بر روی عملکرد نازل‌های همگرا- واگرای سه موتور سوخت جامد استار-27، اورباس-1 و مینتمن مورد بررسی قرار گرفته است. ابزار عددی مورد استفاده در این شبیه‌سازی نرم‌افزار فلوئنت است که در این نرم‌افزار جهت شبیه‌سازی آشفتگی از مدل آشفتگی کی- اپسیلون استفاده شده است. با توجه به نوع پیشران، فشار و دمای محفظه احتراق برای هر موتور با استفاده از نرم‌افزار سی‌ای‌اِی (CEA)، گونه‌های ورودی به نازل همگرا- واگرا محاسبه شده است. نتایج عددی به دست آمده از شبیه‌سازی‌های عددی دارای تطابق خوبی با داده‌های تجربی است. از نتایج مهم این پژوهش می‌توان به رابطه به دست آمده برای ضربه ویژه بر حسب تغییر ارتفاع و الگوریتم محاسبه نسبت انبساط بهینه برای هر موتور بر اساس رابطه مذکور برای مأموریت مشخص، اشاره کرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A Relation for Specific Impulse versus Back Pressure Changes and Optimum Conical Nozzle Expansion Ratio Algorithm

نویسندگان English

Vahid Rezaei
Mohammadsaleh Abdollahpour
Amir Mardani
Sharif University of Technology
چکیده English

The main objective of utilizing nozzles is to convert the chemical energy to kinetic energy producing thrust. Wide variety of parameters make significant impact on nozzle performance; one of which produces significant effect is back pressure or ambient pressure. Basically, a nozzle designed for a specific back pressure does not work properly when the engine is ascending. Consequently, designing of nozzles needs knowledge of full effect of back pressure on engine performance. In this study, numerical simulation of three solid propellant nozzles have been conducted in several flight conditions. In other words, simulations have done in some ambient pressures which represents specific flight altitudes. Numerical modeling has been conducted aiding commercial code FLUENT. k-ϵ RNG turbulence model has been used for calculating turbulence interactions with the flow. Mass flow rate, chemical species, and chamber temperature have been used as the inlet boundary conditions based on engine specifications. Numerical results show a reasonable accuracy in comparison with experimental measurements. Estimating nozzle thrust level as a function of altitude increment is the primary goal of this study. Furthermore, with the aid of this relation and a MATLAB code for computing average specific impulse, optimum expansion ratio can be achieved based on a specified mission.

کلیدواژه‌ها English

Specific Impulse
Optimum Expansion Ratio
Back Pressure