نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده سامانه های حمل و نقل فضایی

2 دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در تحقیق حاضر، تاثیر پیش خلاء‌سازی در فرآیند راه‌اندازی دیفیوزر گلوگاه ثانویه در تست تجربی یک نازل نوع سهموی تراست بهینه بررسی شده است. در این بررسی از یک بستر آزمایشگاهی موسوم به تجهیزات تست ارتفاع بالا در مقیاس کوچک با سیال عامل هوای فشرده استفاده شده است. با توجه به اهمیت پارامتر بی بعد نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع گلوگاه ثانویه آن، تاثیر تغییرات این پارامتر در فرآیند راه اندازی نازل و دیفیوزر مورد بررسی قرار گرفته است. در هریک از هندسه‌های ثابت دیفیوزر، به منظور بررسی عملکرد لحظه‌ای، فشارگذاری در محفظه نازل به صورت آنی در دو حالت همراه و بدون پیش‌خلاءسازی سیستم انجام گرفته و فشار محفظه خلاء و توزیع فشار استاتیکی در طول دیفیوزر اندازه‌گیری شده است. نتایج نشان می‌دهد که اعمال پیش‌خلاءسازی در محفظه تست باعث کاهش 50 تا 60 درصدی زمان راه‌اندازی دیفیوزر می‌گردد. علاوه بر آن، پیش‌خلاءسازی محفظه تست باعث حذف پدیده مخرب گذار از الگوی جدایش جریان در زمان راه‌اندازی نازل و دیفیوزر می‌شود. همچنین مشاهده شده است که با تنگ‌تر شدن مجرای گلوگاه ثانویه دیفیوزر، کمینه فشار راه‌اندازی دیفیوزر افزایش یافته و در نهایت در نسبت سطح مشخصی جریان در گلوگاه ثانویه به حالت خفگی می‌رسد

کلیدواژه‌ها

موضوعات

[1] B. H. Park, J. H. Lee, W. Yoon, “Studies on the starting transient of a straight cylindrical supersonic diffuser: Effects of diffuser length and pre-evacuation state”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, No. 5, pp. 1369–1379, 2008.# 
H.W. Yeom, S. Yoon, Sung HG. “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. 2009 Jan 1;23(1):254-61.# 
D.R. Jones, “Passive Rocket Diffuser Theory: A Re-Examination of Minimum Second Throat Size”, NASA Technical Memorandum, 2016-219219,2016.# [4] N. Fouladi, A. Mohamadi, H. Rezaei., “Numerical design and analysis of supersonic exhaust diffuser in altitude test simulator”. Modares Mechanical Engineering. 2016 Oct 15;16(8):159-68.(In Persian)# [5] N. Fouladi, M. Farahani,. “Numerical investigation of second throat exhaust diffuser performance with thrust optimized parabolic nozzles”, Aerospace Science and Technology, Volume 94, October 2020, https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.106020# [6] N. Fouladi, M. Farahani, A.R. Mirbabaei,. “Performance evaluation of a second throat exhaust diffuser withathrust optimized parabolic nozzle”, Aerospace Science and Technology, Volume 94, November2019.# [7] N. Fouladi, A, Mohamadi, H, Rezaei. “Numerical investigation of pre-evacuation influences of second throat exhaust diffuser”., Journal of fluid mechanics and aerodynamics, In press, 2017. (In Persian)# [8] E. Mohammadi, N. Fouladi, A. Madadi, “Design and analysis of gas ejector in high altitude test facility”, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering 52 (11), 3015-3032, 2019.# [9] R. Ashokkumar, S. Sankaran, K. Srinivasan, T. Sundararajan, “Effects of Vacuum Chamber andReverse Flow on SupersonicExhaust Diffuser Starting”, Journal of Propulsion and Power, Vol. 31, No. 2, pp. 750-754, 2015.# [10] N. Fouladi, Numerical investigation of backflow arrester influences on altitude test simulator starting performance”, Modares Mechanical Engineering,Vol. 17, No. 7, pp. 185-196, 2017. (in Persian)# [11] S. Sankaran, T.N.V. Satyanarayana, K. Annamalai, K. Visvanathan, V. Babu, T. Sundararajan, “CFD Analysis for Simulated Altitude Testing of Rocket Motors”, Canadian Aeronautics and Space Journal, Vol. 48, No. 2, pp.153-162, 2002.# [12] K. Annamalai, K. Visvanathan, V.  Sriramulu, K.A. Bhaskaran, “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.# [13] B.H. Park, J.H. Lee, W. Yoon, “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.# [14] P. Wegener, and R. Lobb, “NOL Hypersonic Tunnel No. 4 Results II: Diffuser Investigation,” NAVORD Report 2376, May 1952.# [15] W. Jones, Price, H., and Lorenzo, C., “Experimental Study of Zero-Flow Ejectors Using Gaseous Nitrogen,” NASA TN D-203, March 1960.# [16] P. F. Massier, and E. J. Roschke, “Experimental Investigation of Exhaust Diffusers for Rocket Engines,” Jet Propulsion Lab., California Inst. of Technology, TR-32-210, Pasadena, CA, 1962.# [17] R. Bauer, and R. German, “The Effect of Second Throat Geometry on the Performance of Ejectors Without Induced Flow,” AEDC-TDR-61-133, November 1961. # [18] G.V.R. Rao, “Approximation of optimum thrust nozzle contour, ” ARS J. 30(6) 561, 1960.# [19] j. Ostlund, “supersonic flow separation with application to rocket engine nozzles, ” Technical report, 2004 # [20] M. Farajijalal, “Design and Fabrication of an Experimental Model of Higjh Altitude Simulation Thrust Stand”, MSc Thesis, Sharif Univ., Tehran, Iran, 2018.