مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی و تحلیل عددی دهانه ورودی مافوق صوت ماخ 3.0

نویسندگان
1 دانشگاه هوافضای نانجینگ ، نانجینگ چین
2 دانشکده مهندسی هوافضا - دانشگاه صنعتی شریف
3 دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده هوافضا
چکیده
دهانه‌های ورودی با ساختارهای پایه دو بعدی، بخش لاینفکی از طراحی سامانه‌های رانشی مافوق صوت را به خود اختصاص می‌دهند. در تمامی موتورهای هواتنفسی مافوق صوتِ عملیاتی، دهانه ورودی با استفاده از شوک مایل یا چیدمانی از شوک‌های مایل متوالی سرعتِ جریان مافوق صوت دریافتی را کاهش داده و در نهایت شوک نرمال مستقر در گلوگاه جریان به زیر صوت می‌رساند. در این مقاله، روش عددی به منظور طراحی دهانه ورودی مافوق صوت، برای پرواز در ماخ 3.0 بیان، هندسه دهانه ورودی طراحی و در نهایت توسط حل کننده عددی شبیه‌سازی شده است. طراحی دهانه ورودی در محدوده ماخ 3 تا 5 بسیار چالشی است زیرا اثرات ویسکوزیته بر عملکرد رانشی سامانه بسیار محسوس است. دهانه مذکور از نوع تراکم مرکب بوده که با استفاده از ترکیب سه شیب خارجی و دیفیوزر مادون صوت، فشار استاتیک مورد نیاز را تولید می‌کند. ابعاد دهانه و زوایای بهینه برای بخش تراکم رانشی با استفاده از کد طراحی بدست آمده و صحت طراحی توسط شبیه‌سازی دقیق عددی مرتبه 2 با دقت همگرایی 10E-05 اثبات شده است. علاوه بر شبیه‌سازی کارآیی آیرودینامیکی، مزایا و نواقص اصلی چنین ترکیبی، رشد و توسعه لایه‌مرزی در روی شیب‌ها و در طول مجرای دهانه ورودی و برهمکنش آن با شوک نرمال و همچنین مدل‌سازی اثر مکانیزم مکش در گلوگاه به منظور کنترل اثرات لایه کم انرژی جریان، مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت این مقاله ساختاری منسجم از طراحی و شبیه سازی و بررسی اثرات ویسکوزیته در دهانه ورودی مرکب را ارائه کرده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Design and numerical analysis of Mach 3.0 inlet

نویسندگان English

Eman Bandar Saheby 1
Ghader Olyaei 2
Azadeh Kebriaee 3
چکیده English

Planar inlet concepts play an important role in the design of supersonic propulsion systems. The inlet reduces the speed of supersonic flow by the oblique shock wave or an array of oblique shock waves and a final normal shock provides the subsonic flow after the throat of the diffuser. In this paper, a design method of Mach 3.0 supersonic multi-ramp inlet is explained, the geometry is designed and simulated by the numerical solver. Designing the inlets for the high supersonic Mach range, between 3 and 5 is very challenging because of the viscosity interactions and the related effects on the propulsive efficiency. The considered inlet in this study is a mixed system which provides the required compression by the combination of the three external ramps and a subsonic diffuser. A computational code calculated the optimum dimensions numerically and a second order CFD solver has simulated the inlet operations by the accuracy of 10E-05. In addition to aerodynamic performance, Advantages and problems of such a combination, development of boundary layer and its interactions with the normal shock and performance of bleeding mechanism are simulated and studied. Finally, this paper presents compact details of design, simulation and viscosity effect of mixed compression surface.

کلیدواژه‌ها English

Supersonic mix compression system
multiramp inlet
Airbreathing propulsion
Numerical simulation
boundary layer effects