بررسی تجربی اثر آیرواسپایک بر کاهش پسای سه نوع دماغه پخ در عدد ماخ 6.4

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه افسری و تربیت پاسداری امام حسین علیه السلام

2 دانشکده فنی و مهندسی - گروه هوافضا

3 دانشکده فنی و مهندسی

چکیده

چالش اصلی پیش روی طراحان اجسام پرنده ماوراء صوت، میزان قابل‌توجه پسای فشاری و گرمایش آئرودینامیکی است. اگرچه دماغه­های پخ برای توزیع بهتر گرما ترجیح داده می­شوند لیکن نیروی پسای زیادی تولید می­کنند. اسپایک­ها و آیرودیسک­ها ابزار کارآمدی برای کاهش پسا و گرمایش هستند. در این تحقیق اثرات هندسه آیرواسپایک در کاهش پسای سه نوع دماغه پخ نیم کروی، تریدنت و HB1، در یک تونل باد ماوراء صوت ارزیابی‌شده است. آزمایش‌ها بر روی دماغه­های پخ در شرایط با و بدون آیرواسپایک در عدد ماخ 6.4  با اندازه­گیری نیروی پسا و مشاهده امواج ضربه­ای با استفاده از روش شیلیرین انجام‌شده است. برای این مطالعه دو آیرواسپایک نیم کروی با نسبت طول به قطر 1 و 2 در نظر گرفته شد. نتایج نشان می­دهند که در هر سه دماغه، آیرواسپایک با تبدیل موج کمانی قوی به امواج ضعیف و به دنبال آن ناحیه چرخشی یا منطقه هوای مرده، موجب کاهش فشار در جلوی دماغه و اعمال پسای کمتر می­گردد. عامل اصلی کاهش پسا، دماغه آیرواسپایک بوده و نسبت بهینه طول به قطر اسپایک با هندسه دماغه پخ تغییر می­کند. بیشترین کاهش پسا به میزان 74.8 درصد برای آیرودیسک با نسبت طول به قطر 2 در دماغه پخ نیم کروی مشاهده گردید.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  1. Manigandan, S. and Sruthisree, K. N. “Numerical Analysis of Slotted Aerospike for Drag Reduction”, International Conference on Recent Advances in Fluid and Thermal Sciences, 2019.##
  2. Anderson, J. D. “Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics”, AIAA, 2006.##
  3. Shashank, K., Suzuki, K., and Rathakrishnan, E. “Effect of Vortex-Size Around Spike Root and Body Base on Possible Hypersonic Drag Reduction”, The Seventh International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Applications, Shanghai, China, 2012.##
  4. Menezes, V., Saravanan, S., and Reddy, K. P. J. “Shock Tunnel Study of Spiked Aerodynamic Bodies Flying at Hypersonic Mach Number”, Shock Waves, Vol. 12, No. 3, pp.197-204, 2002.##
  5. McMahon, H. M. “An Experimental Study of the Effect of Mass Ejection at the Stagnation Point of a Blunt Body”, Memo. Hypersonic Res. Project, No.42, 1959.##
  6. Meyer, B., Nelson, H. F., and Riggins, D. W. “Hypersonic Drag and Heat-Transfer Reduction Using a Forward-Facing Jet”, J. Aircr, Vol. 38, pp.680-686, 2001.##
  7. Riggins, D. W., Nelson, H. F., and Johnson, E. “Blunt-Body Wave Drag Reduction Using Focused Energy Deposition”, AIAA J, Vol. 37, No. 4, pp. 460-467, 1999.##
  8. Marsh, J. J., Myrabo, L. N., Messitt, D. G., And Nagamatsu, H. T. “Experimental Investigation of the Hypersonic air Spike inlet at Mach 10”, 34th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 1996.##
  9. Haibo, L. and Liu, W. “Nummerical Simulation in Influence of Forward-Facing Cavity on Aerodynamic Heating of Hypersonic Vehicle”,  Procedia Eng, Vol. 29, pp.4096-4100, 2012.##
  10. Rajesh, Y. and Guven, U. “Aerodynamic Heating of a Hypersonic Projectile with Forward-Facing Ellipsoid Cavity at Nose”, J. Spacecr. Rockets, Vol. 52, No. 1, pp.157-165, 2015.##
  11. ajesh, Y. And Guven, U. “Aerothermodynamics of a Hypersonic Vehicle with a Forward Facing Parabolic Cavity at Nose”, Proc. Inst. Mech. Eng., Part G, pp.1863-1874, 2015.##
  12. Bogdonoff, S. M. and Irwin, E. V. “Preliminary Investigations of Spiked Bodies at Hypersonic Speeds”, J. Aerosp. Sci, Vol. 26, No. 2, pp.65-74, 1959.##
  13. Mehta, R. “Flow Field Computations over Conical, Disc and Flat Spiked Body at Mach 6”, 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2009.##
  14. Schnepf, C. h., Wysocki, O., and Schülein, E. “Wave Drag Reduction Due to a Self-Aligning Aerodisk”, Progress in Flight Physics, Vol. 7, pp.475-488, 2015.##
  15. Gerdroodbary, M. B. and Hosseinalipour, S. M. “Numerical Simulation of Hypersonic Flow over Highly Blunted Cones with Spike”, Acta Astronaut, Vol. 67, pp.180-193, 2010.##
  16. Schülein, E. “Wave Drag Reduction Approach for Blunt Bodies at High Angles of Attack: Proof-Of-Concept Experiments”, 4th Flow Control Conference, 2008.##
  17. Ahmed, M. Y. M. and Qin, N. “Recent Advances in the Aerothermodynamics of Spiked Hypersonic Vehicles”, Prog. Aerosp. Sci, Vol. 47, pp.425-449, 2011.##
  18. Kalimuthu, R. and Rathakrishnan, E. “Aerospike for Drag Reduction in Hypersonic Flow”, 44th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2008.##
  19. Yamauchi, M., Fujii, K., and Higashino, F. “Numerical Investigation of Supersonic Flows around a Spiked Blunt Body”, J. Spacecr. Rockets, Vol. 32, pp.32-42, 1995.##
  20. Hutt, G. R., and Howe, A. J. “Forward Facing Spike Effects on Bodies of Different Cross Section in Supersonic Flow”,  Aeronaut. J, Vol. 93, pp.229-234, 1989.##
  21. Ahmed, M. Y. M. and Qin, N. “Metamodels for Aerothermodynamic Design Optimization of Hypersonic Spiked Blunt Bodies”, Aerosp. Sci. Technol, Vol. 14, pp.364-376, 2010.##
  22. Crawford, D. H. “Investigation of the Flow over a Spiked-Nose Hemisphere-Cylinder at a Mach Number of 6.8”, NASA/TM, 1959.##
  23. Motoyama, N., Mihara, K., Miyajima, R., Watanuki, T., and Kubota, H. “Thermal Protection and Drag Reduction with Use of Spike in Hypersonic Flow”, 10th AIAA/NAL-NASDA-ISAS International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, 2001.##
  24. Kalimuthu, R., Mehta, R. C., and Rathakrishnan, E. “Experimental Investigation on Spiked Body in Hypersonic Flow”, Aeronaut. J, Vol. 112, pp.593-598, 2008.##
  25. Ajmal, M., Durrani, N., and Saeed, H. A. “Design of Spiked Hemispherical Body in Hypersonic Flow”, 12th International Bhurban Conference on Applied Sciences and Technology, pp. 453-459, 2015.##
  26. Wang, Z. G., Sun, X.W., Huang, W., Li, S. B., and Yan, L. “Experimental Investigation on Drag and Heat Flux Reduction in Supersonic/Hypersonic Flows: a Survey”, Acta Astronaut, Vol. 129, pp.95-110, 2016.##
  27. Schnepf, C., Wysocki, O., and Schülein, E. “Wave Drag Reduction with a Self-Aligning Aerodisk on a Missile Configuration”, Progress in Flight Physics, Vol. 9, pp.149-172, 2017.##
  28. Ahmed, M. Y. M. and Qin, N. “Drag Reduction Using Aerodisks for Hypersonic Hemispherical Bodies”, J. Spacecr. Rockets, Vol. 47, pp.62-80, 2010.##
  29. Kulkarni, V., Menezes, V. and Reddy, K. P. J. “Effectiveness of Aerospike for Drag Reduction on a Blunt Cone in Hypersonic Flow”,  J. Spacecr. Rockets, Vol. 47, pp.542-544, 2010.##
  30. Tahani, M., Karimi, M. S., Motlagh, A. M., and Mirmahdian, S. “Numerical Investigation of Drag and Heat Reduction in Hypersonic Spiked Blunt Bodies”, Heat Mass Transfer, Vol. 49, pp. 1369-1384, 2013.##
  31. Huebner, L., Anthony, M., and Boudreaux, E. “Experimental Results on the Feasibility of an Aerospike for Hypersonic Missiles”, 33rd Aerospace sciences meeting and exhibit, 1995.##
  32. Hasani, M., Haghiri, A., and Islamy, M. “Investigation of Spike Length on Wave Drag Reduction of Standard Model in Hypersonic Flow”, J. Solid Fluid Mechanics, Vol. 10, pp.177-192, 2020. (In Persian)##
  33. Bertin, J. J. “Advances in Hypersonies- Volume 1 Defining the Hypersonic Environment”, Springer Science+Business Media, New York, 1992.##
  34. Gray, J. D. “Summary Report on Aerodynamic Characteristics of Standard Models HB-1 and HB-2”, Arnold Engineering Development Center Arnold, Afb Tn, 1964.##
  35. Standard, British. “General Requirements For The Competence of Testing and Calibration Laboratories”, EN ISO/IEC 17025 , 2006.##
  36. Kalimuthu, R. and Rathakrishnan, E. “Aerospike for Drag Reduction in Hypersonic Flow”, 44th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2008.##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 فروردین 1400
  • تاریخ بازنگری: 17 تیر 1400
  • تاریخ پذیرش: 08 شهریور 1400
  • تاریخ انتشار: 01 خرداد 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار