طراحی و تحلیل انژکتور سوخت‏پاش فشاری-پیچشی با اسپری توپر برای رانشگر کاتالیستی

کریمایی, حدیثه

doi:10.22034/jssta.2022.323058.1044

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

حدیثه کریمایی

استادیار، گروه علوم فضایی، پژوهشگاه هوافضا

https://doi.org/10.22034/jssta.2022.323058.1044

چکیده

رانشگرهای تک‌مولفه‌ای سیستم کنترل وضعیت، یک نیاز برای توسعه و کاربردی‌سازی ماهواره‌ها و کپسول‏های فضایی هستند که از فناوری بالا و گران‌قیمتی نیز برخوردارند. در این مقاله، طراحی و محاسبات یک انژکتور فشاری- پیچشی با اسپری مخروطی توپر به عنوان انژکتور سوخت یک رانشگر تک‎مولفه‎ای کم‌پیشران، ارائه شده است. برای این انژکتور، شبیه‎سازی جریان داخلی به منظور پیش‌بینی مشخصه‌های جریان خروجی آن شامل زاویه مخروط پاشش، توزیع سرعت خروجی، دبی جرمی، الگوی پاشش و غیره انجام گرفته است. بدین منظور، از روش حجم سیال VOF استفاده شده و آشفتگی جریان نیز با استفاده از مدل k- شبیه‌سازی شده است. این نوع انژکتور، در واقع ترکیبی از انژکتور جریان مستقیم و انژکتور گریز از مرکز است. جریان مستقیم در مرکز انژکتور و جریان پیچشی در کنار دیواره انژکتور جریان دارد. اگر نسبت دهانه‎های خروجی به درستی انتخاب شود، توزیع شعاعی و محیطی جت مایع یکنواخت می‎شود. این انژکتور برای سامانه‎های کم‎پیشران نسبت به نوع کاپیلاری (جریان مستقیم) و جریان پیچشی ارجحیت دارد. زیرا هم چتر پاشش مخروطی توپر و بزرگتری نسبت به نوع جریان مستقیم دارد که پوشش‎دهی کاتالیست را بهتر می‎کند، در عین حال چتر پاششی که ایجاد می‏کند به بزرگی انژکتور جریان پیچشی نیست که ابعاد شعاعی محفظه را بزرگ کند. با بررسی نتایج، این اطمینان حاصل شد که انژکتور طراحی شده، دبی جرمی مورد نظر (حدود 8/5 گرم بر ثانیه) را در اختلاف فشار معین طراحی (3 بار نسبی) تامین می‎کند و الگوی پاشش مناسبی رقم می‎زند. همچنین زاویه پاشش مورد نظر (حدود 35 درجه) نیز توسط آن تامین می‌شود

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.27834557.1400.1.2.9.4

موضوعات

پیشرانش

مراجع

##D. Brown, Spacecraft propulsion, Washington DC, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1996, pp. 120-130. ##

##Y. Han, J.M. Choi, "Thermal analysis of spacecraft propulsion system and its validation", KSME Int J., Vol. 18, No.5, pp. 847–56, 2004. ##

##Bayvel, Z. Orzechovski, liquid atomization, Washington DC, Taylor & Francis, 1993, pp. 115-125 ##

##Shankar, K.A. Ram, K.A. Bhaskaran, "Prediction of the concentration of hydrazine decomposition products along a granular catalytic bed", Acta Astronaut, Vol. 11, No.6, pp. 287–99, 1984.##

##Shankar, K. Anantha Ram, KA. Bhaskaran, "Experimental investigations of the 10 N catalytic hydrazine thruster", Acta Astronaut, Vol. 12, No.4, pp. 237–49, 1985.##

##J.N. Hinckel, J.A.R. Jorge, T.G.S. Neto, M.A. Zacharias, JAL. Palandi, Low cost catalysts for hydrazine monopropellant thrusters, 45th AIAA/ASME/SAE/ASEE Jt Propuls Conf Exhib,##

##Franken, F. Valencia-Bel, B.V.S. Jyoti, B. Zandbergen, Design of a 1-N monopropellant thruster for testing of new hydrogen peroxide decomposition technologies, Aerosp Eur Conf 2020, Fr 25-28 Febr 2020##

##M. Hosseinalipour, H. Karimaei, "A new model based on coupling of MEP/CFD/ILIA for prediction of primary atomization", Can J Chem Eng, Vol. 97, No.4, pp. 792–802, 2016 ##

##M. Hosseinalipour, H. Karimaei, E. Movahednejad, F. Ommi, "Application of maximum entropy principle for estimation of droplet-size distribution using internal flow analysis of a swirl injector", Int J Spray Combust Dyn, Vol. 8, No.3, pp. 205–16, 2016##

##Karimaei, “Design of Physical Configuration of a 10N Monopropellant Hydrazine Thruster”, Journal of Space Science and Technology (JSST), Vol. 11, No.1, pp. 9–19, 2019. (in persian)##

##Karimaei, M. Salimi, H. Naseh, E. Jokari, “Design and Simulation of Fuel Injector of a 10N Monopropellant Hydrazine Thruster”, Journal of Space Science and Technology (JSST), Vol. 12, No.3, pp. 13–22, 2019. (in persian)##

##H.A. Hamid, "Atan R. Spray characteristics of jet-swirl nozzles for thrust chamber injector", Aerosp Sci Technol., Vol. 13, No.4, pp. 192–6, 2009.##

##R. Nada, AA. Hashem, "Geometrical characterization and performance optimization of monopropellant thruster injector", Egypt J Remote Sens Sp. Sci., Vol. 15, No.2, pp. 161–9, 2012.##

##Karimaei, R. Ghorbani, SM. Hosseinalipour, "Implementation of linear stability theory on hollow cone-shaped liquid sheet", Period Polytech Mech Eng, Vol. 64, No.3, pp. 179–88, 2020# Ommi, Space Propulsion and Rocket, 2^nd edition, Tarbiat Modarels Publication, 2017, pp. 90-100 (in persian)##

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

طراحی و تحلیل انژکتور سوخت‏پاش فشاری-پیچشی با اسپری توپر برای رانشگر کاتالیستی

مراجع

مراجع

دوره 1، شماره 2 - شماره پیاپی 2
اسفند 1400
صفحه 97-111

طراحی و تحلیل انژکتور سوخت‏پاش فشاری-پیچشی با اسپری توپر برای رانشگر کاتالیستی

مراجع

مراجع

دوره 1، شماره 2 - شماره پیاپی 2اسفند 1400صفحه 97-111

دوره 1، شماره 2 - شماره پیاپی 2
اسفند 1400
صفحه 97-111