پژوهشکده سامانه‌های حمل و نقل فضایی پژوهشگاه فضایی ایران
چکیده
در مقاله حاضر عملکرد یک دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت در زمان روشن شدن یک موتور فضایی در تست زمینی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور تحلیل‌های عددی غیردائم جریان گازهای احتراقی در دیفیوزر مزبور با پروفیل فشار- زمان محفظه احتراق انجام شده است. فیزیک جریان در دیفیوزر و عملکرد آن در لحظه روشن شدن موتور در شرایط بدون پیش خلاء‌سازی و با پیش خلاء‌سازی بخش‌هایی از دیفیوزر و محفظه تست مورد بررسی قرار گرفته‌اند. اثر پیش خلاء‌سازی در کاهش زمان راه‌اندازی دیفیوزر (زمان احراز شرایط خلاء در پیرامون نازل موتور) نشان داده شده است. در ادامه، اثر انتخاب ناحیه پیش خلاء‌سازی بر زمان راه‌اندازی دیفیوزر خروجی گازها با شبیه‌سازی عددی جریان مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج تحلیل عددی در قالب تشریح برخی از کمیت‌های جریان، مانند عدد ماخ و فشار استاتیک در زمان‌های مختلف ارائه شده است. نشان داده شده که با شرایط اولیه بدون پیش خلاء (فشار و دمای اتمسفر محلی) در حدود s 2/1 زمان لازم است تا دیفیوزر راه‌اندازی شده و شرایط خلاء نسبی را در پیرامون نازل و محفظه تست ایجاد نماید. در صورت استفاده از گزینه پیش خلاء‌سازی، راه‌اندازی دیفیوزر در زمان کوتاه‌تری اتفاق می‌افتد. بررسی‌های عددی حاضر نشان می‌دهند که اثر فضای پیش‌خلاء‌سازی در عملکرد راه‌اندازی دیفیوزر قابل ملاحظه است. هرچه فضای بیشتری در طول دیفیوزر پیش خلاء شده باشد، راه‌اندازی دیفیوزر در مدت زمان کوتاه‌تری اتفاق می‌افتد، از طرفی، افزایش فضای پیش‌خلاء‌سازی از ناحیه محفظه تست نتیجه عکس داشته و باعث بزرگتر شدن مدت زمان راه‌اندازی دیفیوزر می‌شود.
Park, B.H., Lim, J., Park, S., Lee, J. H., and Yoon, W.S. “Design and Analysis of a Second-throat Exhaust Diffuser for Altitude Simulation”, Journal of Propulsion and Power, Vol. 28, No. 5, pp.1091-1104, 2012.
Annamalai, K., Satyanarayana, T.N.V., Sriramulu, V., and Bhaskaran, K.A., “Development of Design Methods for Short Cylindrical Supersonic Exhaust Diffuser”, Experiments in Fluids, Vol. 29, No. 4, pp. 305-308, 2000.
Sankaran, S.,Satyanarayana, T.N.V., Annamalai, K., Visvanathan, K., Babu, V., and Sundararajan, T.,“CFD Analysis for Simulated Altitude Testing of Rocket Motors”, Canadian Aeronautics and Space Journal, Vol. 48, No. 2, pp.153-162, 2002.
Bartosiewicz, Y., Aidoun, Z., Desevaux, P., and Mercadier, Y., “Numerical and Experimental Investigations on Supersonic Ejectors”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 26, No. 1, pp. 56–70, 2005.
Kumaran, R.M. Sundararajan, T., and Raja., M.D., “Pressure Variation in Thrust Chamber During High Altitude Simulation”, AIAA Paper 2009-798, 2009.
Park, B.H., Lim, J.H., and Yoon, W.,“Fluid Dynamics in Starting and Terminating Transients of Zero-secondary Flow Ejector”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, No.1, pp. 327–339, 2008.
Ashokkumar, R. Sankaran, S., and Sundararajan, T.,“Investigation on the Performance of Second Throat Supersonic Exhaust Diffuser for Starting Higher Area Ratio Nozzles”, AIAA Paper 2012-3294, 2012.
Ashokkumar, R., Sankaran, S., Srinivasan, K., and Sundararajan, T., “Effects of Vacuum Chamber and Reverse Flow on Supersonic Exhaust Diffuser Starting”, Journal of Propulsion and Power, Vol. 31, No. 2, pp. 750-754, 2015.
Annamalai, K., Visvanathan, K.; Sriramulu, V., and Bhaskaran, K.A.,“Evaluation of the Performance of Supersonic Exhaust Diffuser Using Scaled Down Models”, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 17, No. 3, pp. 217-229, 1998.
Park, B.H.,Lee, J.H., and Yoon, W.., “Studies on the Starting Transient of a Straight Cylindrical Supersonic Exhaust Diffuser: Effects of Diffuser Length and Pre-evacuation State”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, No. 5, pp. 1369–1379, 2008.
Fouladi, N., Mohammadi, A., and Rezaei, H., “Numerical Design and Analysis of Supersonic Exhaust Diffuser in Altitude Test Simulator”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 8, pp. 159-168, 2016 (In Persian).
Kumaran, R.M. Sundararajan, T., Manohar, D.R., “Simulations of High Altitude Tests for Large Area Ratio Rocket Motors”, AIAA Journal, Vol. 51, No. 2, pp. 433-443, 2013.
Yeom, H.W. Yoon, S., and Sung, H.G.,“Flow Dynamics at the Minimum Starting Condition of a Supersonic Diffuser to Simulate a Rocket’s High Altitude Performance on the Ground”, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 23, No. 1, pp. 254-261, 2009.
فولادی, نعمت اله, محمدی, علیرضا, & رضایی, هادی. (1396). بررسی عددی اثر پیش خلاء سازی در زمان راه‌اندازی دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت در استند خلاء. مکانیک سیالات و آیرودینامیک, 5(2), 55-69.
MLA
نعمت اله فولادی; علیرضا محمدی; هادی رضایی. "بررسی عددی اثر پیش خلاء سازی در زمان راه‌اندازی دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت در استند خلاء", مکانیک سیالات و آیرودینامیک, 5, 2, 1396, 55-69.
HARVARD
فولادی, نعمت اله, محمدی, علیرضا, رضایی, هادی. (1396). 'بررسی عددی اثر پیش خلاء سازی در زمان راه‌اندازی دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت در استند خلاء', مکانیک سیالات و آیرودینامیک, 5(2), pp. 55-69.
VANCOUVER
فولادی, نعمت اله, محمدی, علیرضا, رضایی, هادی. بررسی عددی اثر پیش خلاء سازی در زمان راه‌اندازی دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت در استند خلاء. مکانیک سیالات و آیرودینامیک, 1396; 5(2): 55-69.
)
