بررسی تجربی و شبیه سازی عددی بالستیک داخلی موتور موشک سوخت جامد

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند

چکیده

در پژوهش پیشرو به مطالعه تجربی و عددی رفتار بالستیک داخلی موتور موشک سوخت برای سه گرین متفاوت کف سوز، پهلوسوز حلقوی و پهلو سوز همه طرف سوز پرداخته شده است. به منظور صحت سنجی روش عددی توسعه داده شده برای این شبیه سازی، برخی حالات مورد شبیه سازی به بوته‌ی آزمایش گذاشته شده و نتایج شبیه‌سازی با نتایج تجربی حاصله مقایشه شد. نتایج تجربی و عددی با دقت قابل قبولی منطبق بر یکدیگر بوده و به خصوص روش عددی به کار گرفته شده، رفتار فیزیکی موتور را به خوبی مدلسازی کرد. طبق نتایج حاصل از این پژوهش، با صرفنظر از اثرات جریان گذرا، فشار محفظه‌ی احتراق رابطه‌ی مستقیمی با سطح در حال سوزش دارد. همچنین با افزایش فشار محفظه‌ی احتراق اثر پدیده‌ی سوزش فرسایشی بر عملکرد موتور کاهش می‌یابد. هرچه فشار محفظه‌ی احتراق بیشتر باشد، کارایی موتور و ضربه‌ی ویژه‌ی آن بیشتر می شود. معمولاً گرین کف سوز مساحت سطح در حال سوزش ثابت و در نتیجه پروفیل ثابتی را برای فشار محفظه‌ی احتراق فراهم می‌کند. در گرین پهلو سوز حلقوی سطح در حال سوزش همواره روندی افزایشی و در گرین پهلو سوز همه طرف سوز سطح در حال سوزش همواره روندی کاهشی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Oates G C (1975) Aerodynamics of gas turbine and rocket propulsion. 3th edn. American institute of aeronautics and astronautics.
[2] توکلی­فر ف، افشاری ا (1393) بررسی عددی و تجربی بکارگیری اجکتور بر رانش موتور راکت سوخت جامد. اولین کنفرانس بین المللی و سومین کنفرانس ملی انجمن پیشرانش هوا-فضایی ایران.
[3] توکلی فر ف، عزیزی م، امینی م (1391) بررسی تجربی و شبیه­سازی عددی اثرات به کارگیری اجکتور بر رانش موتور راکت سوخت جامد. پروژه کارشناسی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اصفهان.
[4] Nisar K, Guozhu L, Zeeshan Q (2008) A hybrid optimization approach for SRM FINOCYL grain design. Chin J Aeronaut 21: 481-487.
[5] Kamran K, Guozhu L (2012) An integrated approach for optimization of solid rocket motor. Aerosp Sci Technol 17:  50-64.
[6] Guobiao C, Hao Z, Dalin R, Hui T (2013) Optimal design of hybrid rocket motor powered vehicle for suborbital flight, Aerospace Science and Technology. J Propul Power 25(1): 114-124.
[7] Kamran K, Guozhu L (2010) Design and optimization of 3D radial slot grain configuration. Chin J Aeronaut 23: 409-414.
[8] Raza MA, Liang W (2012) Robust design optimization of dual thrust solid propellant motors due to burning rate uncertainties. Propellants Explos Pyrotech 37: 476-488.
[9] Raza MA, Liang W (2012) Design and optimization of 3D wagon wheel grain for dual thrust solid rocket motors. Propellants Explos Pyrotech 37: 378-390.
[10] توکلی­فر ف، افشاری ا (1393) بهینه­سازی دانه­بندی موشک­های سوخت جامد سامانه پدافند واکنش سریع به روشی نیمه تحلیلی. اولین کنفرانس بین المللی و سومین کنفرانس ملی انجمن پیشرانش هوا-فضایی ایران.
[11] پازوکی ف، نوین زاده ع ب، لبیبیان ا (1378) شبیه­سازی بالستیک داخلی یک موتور سوخت جامد. مهندسی هوافضا 37-31 :(1)1.
[12] حیدری م م، قدیری ن (1393) مدل­سازی صفربعدی و بررسی عوامل موثر بر بالستیک داخلی یک نوع موتور راکت هیبریدی. مواد پر انرژی 63-53 :(1)9.
[13] زاهدزاده م، جوارشکیان م ح (1393) شبیه­سازی بالستیک داخلی موتور موشک سوخت جامد بدون شیپوره، با استفاده از روش VOF. اولین کنفرانس بین المللی و سومین کنفرانس ملی انجمن پیشرانش هوا-فضایی ایران.
[14] حیدری م ر، آدمی ا ح (1391) تحلیل گرین­های خاص و شبیه­سازی سریع بالستیک داخلی موتور سوخت جامد. علوم و فناوری فضایی 80-67 :(3)5.
[15] قیصری م م، میرساجدی م (1393) بکارگیری الگوریتم پیمایش مکعبی در تحلیل سه بعدی پسروی گرین موتورهای سوخت جامد با روش منحنی تراز. مهندسی مکانیک مدرس 95-85 :(15)14.
[16] French JC, Dunn SS (2002) New capabilities in solid rocket motor grain design modeling (SPP 02). 38th JANNAF Combustion Subcommittee Meeting, Nevada, ProQuest, 317-331.
[17] Hartfield R, Jenkins R, Burkhalter J, Foster W (2003) A review of analytical methods for solid rocket motor grain analysis. in 39th AIAA/ASME /SAE/ASEE joint Propulsion Conference, Huntsville, Alabama.
[18] مستوفی زاده ع، عباسی م (1392) مدلسازی عددی فرایند روشن شدن گرین موتور سوخت جامد در حالت گذرا. مواد پرانرژی 41-27 :(2)2.
[19] Giacinto MD,  Serraglia F (2001) Modeling of solid motor start-up. AIAA-Paper 2001-3448.
[20] Kallmeyer TE, Sayer LH (1982) Difference between actual and predicted pressure-time history of solid rocket motors. AIAA.
[21] Johnstone WA (1995) Solid Rocket motor internal flow during ignition. J Propul Power 11(3).
[22] کریمی مزرعه شاهی ح، رزاقی ب (1393) مبانی طراحی موتور سوخت جامد. انتشارات سازمان صنایع دفاع.
[23] فولادی ن، زین­العابدینی ا (1389) اصول طراحی سامانه­های پیشرانش سوخت جامد. انتشارات دانشگاه صنعتی مالک اشتر.
[24] جان ج ی ا (1388) دینامیک گازها. ترجمه علی­اکبر عالم رجبی، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان.
[25] فاکس ر د، دونالد ال تی مک، پریچارد ف جی (1386) مقدمه­ای بر مکانیک سیالات. ویرایش ششم. ترجمه بهرام پوستی. انتشارات نشر کتاب دانشگاهی.
[26] Patankar SV (1980) Numerical heat transfer and fluid flow. Hemisphere publishing corporation.