Experimental investigation and numerical simulation of solid fuel rocket engine internal ballistic

Authors

Abstract

The present survey focuses on experimental and numerical investigation of internal ballistic of Solid Fuel Rocket Engine (SFRE) for three different grains: bottom back-burning, annular side back-burning and all-side back-burning. To validate the developed numerical solution some experiments were performed and numerical results were compared to them. Accordingly the numerical results were compatible with that of experimental in an acceptable fashion which means the applied numerical method was appropriate to predict the behavior of SFRE. According to result, ignoring the transient effects, the combustion chamber pressure increased with increasing the area of burning region and vice versa. Also with increasing the combustion chamber pressure the effects of erosion burning declined. The more the combustion chamber pressure, the more the engine performance and the more the specific impulse were. Mostly the bottom back-burning grains provided constant-area burning region and consequently a constant pressure profile. Also area of burning region followed increasing and decreasing patterns for annular side back-burning and all-side back-burning respectively.

Keywords

Main Subjects

References

[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.
Journal of Solid and Fluid Mechanics
Volume 7, Issue 4
January 2018
Pages 13-24

Files

Share

How to cite

Statistics