علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

شبیه‌سازی یک‌بعدی بالستیک داخلی یک موتور پیشران هیبریدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
پژوهشگاه فضایی ایران
چکیده
به منظور شبیه‌سازی عملکرد موتورهای هیبریدی، یک کد یک‌بعدی تدوین شده است. در این کد معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی در حالت یک‌بعدی و غیرلزج حل شده‌اند. به منظور اعتبارسنجی کد تدوین شده و نیز انجام مطالعات تجربی بیشتر، یک بستر آزمایشگاهی طراحی، ساخته و مورد بهره­برداری قرار گرفت. آزمایشگاه شامل اجزاء مختلف نظیر موتور آزمایشگاهی، سیستم تغذیه اکسنده، سکوی تراست، تجهیزات اندازه‌گیری و سیستم داده‌برداری بوده و تکرارپذیری نتایج در آن اثبات شده است. نتایج حاصل از کد یک‌بعدی شامل فشار محفظه احتراق و تراست تولیدی با نتایج آزمایش مقایسه و مشاهده شد که همخوانی مناسبی بین این نتایج وجود دارد. به طوری­که مقادیر حاصل از شبیه­سازی برای پارامترهای فشار، تراست و نرخ پسروی متوسط به ترتیب به میزان 1/1، 7/3 و 1/4 درصد با مقادیر حاصل از آزمایش اختلاف داشتند. با استفاده از کد پارامترهای جریان شامل سرعت، فشار، چگالی و نسبت دبی جرمی اکسنده به سوخت (O/F) در طول محفظه احتراق بدست آمد. نحوه پسروی سطح سوخت در بازه‌های زمانی مختلف، نشان داد که پسروی سوخت یکنواخت نبوده به طوری‌که در ابتدای سوخت کمترین میزان پسروی و در یک فاصله طولی خاص (حدود m 12/0 از ابتدای سوخت) بیشترین میزان پسروی بوقوع پیوسته و در ادامه به سمت نازل این مقدار کاهش می‌یابد. این کد می‌تواند به­عنوان ابزار مناسبی برای تحلیل و طراحی موتورهای هیبریدی بکار برده شود
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]    G. P. Sutton, Rocket Propulsion Elements, , 8th edition John Wiley & Sons, 2010.
[2]    R. J. Cavalleri, R. D. Loehr, “Hybrid Rocket Propulsion Performance Prediction”, AIAA Paper 2005-3548.
[3]    K. K. Rajesh, “Thrust Modulation in a Nitrous-Oxide/Hydroxyl-Terminated Poly butadiene Hybrid Rocket Motor,” AIAA 2006-4503.
[4]    S. G. Mungas, K. D. Das, D. Kulkrani, “ Design, Construction and Testing of a Low-Cost Hybrid Rocket Motor,” Aircraft Engineering and Aerospace Technology, vol. 75, No. 3, pp. 262-271, 2003.
[5]    D. E. Shannon, A. W. Stephen, “Correlation of Hybrid Rocket Propellant Regression Measurements with Enthalpy-Balance Model Predictions,” Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 45, No. 5, pp. 1010-1020, 2008.
[6]    Hadi Rezaei, Mohammad Reza Soltani, “An analytical and experimental study of a hybrid rocket motor,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,” Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 228(13) 2475–2486, 2014.
[7]    Marian Gieras, Aleksander Gorgeri, “Numerical modelling of the hybrid rocket engineperformance,” Propulsion and Power Research, Vol. 10 (1):15-22, 2021.
[8]    Marco Fabiani, Giorgio Gubernari,·Mario Tindaro Migliorino, Daniele Bianchi, Francesco Nasuti, “Numerical Simulations of Fuel Shape Change and Swirling Flows in Paraffin/Oxygen Hybrid Rocket Engines,” Aerotecnica Missili & Spazio, Vol.102:91–102, 2023.
 [9]   J. D. Anderson, Computational Fluid Dynamics: The Basics with Applications, McGraw-Hill series in Aeronautical and Aerospace Engineering, 1995.
[10]  H. Rezaei, M. R. Soltani, A. R. Mohammadi, “Experimental study of fuel regression rate in an HTPB/N2O hybrid rocket motor,” Scientia Iranica B, Vol. 25(1), 2018.
[11]  P. L. Roe, “Approximate Riemann Solvers, Parameter Vectors, and difference schemes,” Journal of Computational Physics, Vol. 43, pp. 357-372, 1981.
[12]  C. Hirsch, Numerical Computation of Internal and External Flows, Vol. 2, 1990.
[13]  M. J. Kermani, E. G. Plett, “Roe Scheme in Generalized Coordinates; Part I- Formulations,” AIAA Paper 2001-0086.
[14]  K. Lohner, J. Dyer, E. Doran, Z. Dunn, “Fuel Regression Rate Characterization Using a Laboratory Scale Nitrous Oxide Hybrid Propulsion System,” AIAA Paper، 2006-4671، The 42th AIAA /ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Sacramento, California, July 2006
[15]  D. Jeong, J. Kim, “Korea First Development of Hybrid Rocket SRH-II,” Presentation to ASRI 11th Annual Conference, Sydney, Australia, 2 December 2001.
[16]  A. Peretz, O. inav, B. Hashmonay, A. Birnholz, Z. Sobe,  “Development of a Laboratory-Scale System for Hybrid Rocket Motor Testing,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 27, No. 1,  2011.
[17]  M. Chiaverini, “Fundamental of Hybrid Rocket Combustion and Propulsion,” Chemical Engineering Progress Symposium Series, Vol. 62, No. 62, 1996.

  • تاریخ دریافت 24 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 09 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 16 خرداد 1403