| عنوان فارسی مقاله: | موتور راکت با خرج ستاره ای – بالستیک داخلی ناپایدار |
| عنوان انگلیسی مقاله: | Star-grain rocket motor – nonsteady internal ballistics |
| دانلود مقاله انگلیسی: | برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf اینجا کلیک نمائید |
| سال انتشار | 2004 |
| تعداد صفحات مقاله انگلیسی | 9 صفحه |
| تعداد صفحات ترجمه مقاله | 22 صفحه |
| مجله | علوم هوا فضا و فن آوری |
| دانشگاه | تورنتو کشور کانادا |
| کلمات کلیدی | موتور راکت جامد، خرج ستاره ای، مدلسازی بالیستیک داخلی، ارتعاش سازه ای، ناپایداری احتراق |
| نشریه الزویر | Elsevier |
بخشی از ترجمه:
چکیده
در این مقاله، بالیستیک داخلی ناپایدار موتور راکت پیشران با خرج ستاره ای، باکمک مدل شبیه سازی عددی که از جریان داخلی و ساختار محیطی بهره می برد، مورد پژوهش قرار گرفته است. اثرات ارتعاش سازه ای بر افزایش نرخ و میزان سوخت و توسعه موج در عملیات ناپایدار شرح داده شده است. مقدار میرایی یا دامپینگ نقش مهمی در تاثیرگذاری بر نشانه های ناپایداری احتراق محوری پیش بینی شده موتور ایفا می کند.تغییر در بسامدهای نوسان حول محیط مقطع خرج ستاره ای، و در امتداد خرج با سطوح مختلف burnback ، بر وسایلی که شتاب محلی رفتار جریان و احتراق را تحریک می کنند، نیز تاثیر گذار می باشد.
1. مقدمه
نشانه های معمولاًنسبت داده شده به ناپایداری احتراق محوری در موتورهای راکت پیشران جامد (SRM) عبارتنداز: تشکیل موج تراکمی محوری نوسانی پایدار با دامنه حدی پایدار در جریان هسته (مغزه)، و در برخی موارد جابجایی dc در فشار پایه. یافته های آزمایشی اولیه گزارش شده در مرجع 12 نشان می دهند که نشانه های ناپایداری احتراق محوری، تحت شرایط خاصی رخ می دهند که بدیهی است ساختار موتور بر این رفتار تاثیرگذار می باشد. با استفاده از مدل شبیه سازی عددی برای SRM هایی با خرج استوانه ای ، نتایج پیش بینی شده در مرجع 11 پتانسیل جفت شدگی روشن بین ارتعاشات سازه ای و رفتار بالیستیک داخلی ناپایدار را مستقل از سایر مکانیسم های محرک ناپایداری شرح داد ( مثلاً پاسخ احتراق جفت شده با سرعت یا فشار وابسته به بسامد افزایش یافته که معمولاً محققین ناپایداری احتراق از آن استفاده می کنند؛ در اشکال هندسی با خرج پیچیده تر، مثلاً با مقاطع پیشران جداشده، ریزش گردابی نیز به عنوان مکانیسم محرک نشانه های موج محوری مورد پژوهش قرار گرفته است).
نشان داده است که میادین شتاب پایدار و ناپایدار، تاثیرمعناداری بر میزان سوخت پیشران جامد اعمال می نمایند. افزایش میزان یا نرخ سوخت و احتراق نقش کلیدی در توسعه موج فشار در محفظه موتور ایفا می کند. بنابراین تاثیر ارتعاشات سازه ای و میادین شتاب ناپایدار ایجاد شده در موتور اهمیت دارد. اما، آنالیز شتاب های ناپایدار در مورد پیکره بندیهایی با خرج ستاره ای یا غیر استوانه ای که در کاربردهای SRM معمول هستند سخت و دشوارتر بوده و به همین خاطر بایستی از مدل عددی پیچیده تری استفاده نمود.
این پژوهش شامل آنالیز و پیش بینی بالیستیک داخلی ناپایدار SRM با خرج ستاره ای می شود. نیاز به بهره گیری از ارتعاشات سازه ای درون چارچوب یک مدل شبیه سازی بالیستیک داخلی، از طریق مشاهدات حاصل از تحقیق موتور راکت با خرج ستاره ای و استوانه ای محرز گردیده است. تغییرات در سازه موتور(مثلاً پیکره بندی خرج پیشران، ضخامت دیواره محیطی، و خصوصیات مواد) باعث بروز تغییراتی در ویژگیها( مثلاً سیستم های موج محوری دوتایی و موج یکی) و دامنه (مثلاً افزایش dc) پروفایل نشانه ناپایداری احتراق می شوند.
2. مدل عددی
مدل عددی از دو بخش یا مدول تشکیل شده است- جریان بالیستیک داخلی (IBF) و مدول المان محدود سازه ای (SFE) . مدل IBF شبه یک بعدی بوده و مدول SFE از مجموعه مقاطع المان محدود دو بعدی (FE) مستقر برروی گره های گرید IBF در امتداد محور بلند موتور استفاده می کند(به شکل 1 رجوع کنید). اگرچه مقاطع مستقل از یکدیگر هستند، اما در هر گره، پاسخ سازه ای تولید می کنند.
بخشی از مقاله انگلیسی
1. Introduction
Symptoms commonly attributed to axial combustion instability in solid-propellant rocket motors (SRMs) include the formation of a sustained limited-amplitude oscillating axial compression wave in the core flow, with an associated dc shift in base pressure in some cases. Earlier experimental findings reported in [12] illustrate that axial combustion instability symptoms can occur under certain conditions where it is evident that the motor structure influences this behaviour. Using a numerical simulation model for cylindricalgrain SRMs, predicted results in [11] illustrated the potential for explicit coupling between structural vibrations and nonsteady internal ballistic behaviour, independent of any other instability driving mechanism (e.g., augmented frequency-dependent pressure- or velocity-coupled combustion response as commonly applied by combustion instability researchers [15]; in more complex grain geometries, e.g., with segmented propellant sections, vortex shedding is also being investigated as a driving mechanismof axial wave symptoms [15]). Greatrix [6–8] has shown that both steady and unsteady acceleration fields can significantly affect the burning rate of the solid propellant. This augmentation of the burning rate can play a key role in pressure wave development within the motor chamber. The influence of the structural vibrations and the unsteady acceleration fields they create in the motor are thus of importance. However, nonsteady accelerations are more difficult to analyze for star-grain or other non-cylindrical configurations that are common in SRM applications, and a more sophisticated numerical model must be utilized.This investigation involves the analysis and prediction of the nonsteady internal ballistics of a star-grain SRM. The need to include structural vibration within the framework of an internal ballistic simulation model is made evident through observations from previous cylindrical- and stargrain rocket motor research [11,12]. Changes in motor structure (e.g., propellant grain configuration, surrounding wall thickness and material properties) are observed to result in changes in combustion instability symptom profile characteristics (e.g., dual-axial-wave systems vs. singlewave) and magnitude (e.g., dc rise).
2. Numerical model
The numerical model is comprised of two parts or modules – the internal ballistic flow (IBF) and the structural finite element (SFE) module. The IBF model is quasi-onedimensional in nature, while the SFE module uses a series of two-dimensional finite element (FE) sections placed on the nodes of the IBF grid along the long axis of the motor refer to Fig. 1). Although the sections are independent of each other, they will provide a structural response at every node. Thus an acceleration field will be present to influence the burning rate along the inside boundary of each section. The quasi-one-dimensional hydrodynamic conservation equations governing the axial gas flow are given below: Note that there are no particulate phase parameters in the above equations, due to the low percentage in the current study; where the solid or liquid phase is substantial, the associated terms can be readily included.
| عنوان فارسی مقاله: | موتور راکت با خرج ستاره ای – بالستیک داخلی ناپایدار |
| عنوان انگلیسی مقاله: | Star-grain rocket motor – nonsteady internal ballistics |