بررسی عددی-تجربی حضور برآمدگی نامتعارف در یک نازل همگرا-واگرا در رژیم مافوق صوت برای کنترل بردار پیشرانش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

2 مرکز تحقیقات هوافضا و تبدیل انرژی، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

در این پژوهش اثر یک برآمدگی استوانه‌ای شکل بر بردار پیشرانش یک جت مافوق صوت به عنوان یک روش جدید در کنترل بردار پیشران بصورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور یک نازل همگرا-واگرا طراحی و ساخته شد. این نازل به صورتی است که عدد ماخ اسمی خروجی آن در شرایط انبساط کامل 2 می‌باشد. دیواره این نازل برای اندازه‌گیری تغییرات فشار مجهز به سوراخ‌های فشار شده است. همچنین، در دیواره نازل مجرایی برای اعمال یک برآمدگی در درون نازل ایجاد شده است. از سنسورهای فشار برای اندازه‌گیری فشار و شلرین برای بررسی میدان جریان استفاده شده است. فشار کل محفظه آرامش در تمام آزمایش‌ها ثابت بوده و نسبت فشار آن برابر NPR=6.6 می‌باشد. از کد عددی سه بعدی برای مدل سازی جریان استفاده شده است. همچنین، از مدل آشفتگی k-ε ,RNG برای مدلسازی آشفتگیاستفاده شده است. از یک شبکه بی سازمان برای شبکه بندی میدان استفاده شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی تطابق بسیار خوبی با نتایج تجربی دارد. همچنین، این نتایج نشان می دهد که عمق نفوذ برآمدگی در میدان جریان تاثیر چشمگیری بر میزان انحراف بردار پیشرانش و حتی جهت انحراف جریان جت خارج شده از نازل همگرا-واگرا دارد. بیشترین میزان انحراف جریان جت خروجی از نازل برابر با 8/9 درجه بوده که در میزان نفوذ برآمدگی برابر با H⁄D^* =0.4 اتفاق افتاده است. بعلاوه، این نتایج نشان می‌دهد که با افزایش میزان نفوذ برآمدگی در درون نازل، میزان تراست محوری نازل اندکی کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical/Experimental Investigation of the Presense of a Protuberance in a C-D Nozzle in Supersonic Regime to Control the Thrust Vector

نویسندگان [English]

  • Davood Mokhtari 1
  • Mohammad Hojaji 1 2
  • Masoud Afrand 1
1 Department of Mechanical Engineering, Najafabad Beranch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Najafabad Beranch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
چکیده [English]

In this study, the effect of a cylindrical protuberance on the propulsion vector of a supersonic jet was investigated as a new method in propulsion vector control. For this purpose, a convergent-divergent nozzle was designed and constructed. This nozzle is such that the exit Mach number is 2. The wall of the nozzle is equipped with pressure holes to measure pressure variations. Also, there is a hole in the nozzle wall to install a protuberance inside the nozzle. Pressure sensors, two component force balance and the Schlieren system are used for measuring the outlet flow field. The nozzle pressure ratio in all experiments is constant and is equal to NPR=6.6. Three-dimensional and multi-block numerical code is used for flow simulation. Also, k-ε, RNG turbulence model is used to model the flow field. An unstructured grid has been used. Good agreement has been observed between numerical and experimental results. The results of this study show that the depth of penetration of the protuberance in the flow field has a significant effect on the amount of deviation of the jet stream exited from the convergent-divergent nozzle. The maximum deviation of the jet outlet from the nozzle is 9.8 degrees, which occur in penetration ratio of protuberance equal to H⁄D^* =0.4. In addition, these results indicate that with the increase in protuberance penetration within the nozzle, the nozzle axial thrust has slightly decreased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thrust vector control
  • C-D nozzle
  • Protuberance
  • Supersonic flow
  • Experimental and numerical aerodynamics