شبیه سازی اندر کنش جریان و اکوستیک در موتور موشکهای سوخت جامد

نویسنده

چکیده

نوسانات فشار در موتور موشکهای سوخت جامد از چندین منبع سرچشمه می گیرد. یکی از این منابع وجود میدان جریان نوسانی است. وجود لایه های برشی آزاد در نقاط مختلف موتور سبب ایجاد گردابه و انتشار آن می شود. لبۀ انتهایی سوخت و لبۀ بفل در موتورهای چندتکه، نمونه هایی از چنین نقاطی اند. این گردابه ها از محل تولید خود حرکت کرده و به دیواره های میدان برخورد می-کنند. در اثر این برخورد انرژی جنبشی موجود در آنها به فشار تبدیل و امواج اکوستیکی تشکیل می شوند. این امواج در میدان موتور منتشر شده و موجب نوسانات اکوستیکی می شوند. با تغییر تدریجی هندسۀ داخلی موتور به سبب سوخته شدن پیشرانه، فرکانس و دامنۀ نوسانات فشار تغییر می کند. در این مقاله اندرکنش بین میدان جریان و میدان اکوستیکی در یک موتور سوخت جامد به صورت عددی بررسی شده است. استفاده از تابع شار رو1 در یک شبکۀ بی سازمان برای حل معادله های جریان تراکم پذیر لزج نشان داده است که با تغییر تدریجی هندسۀ داخلی موتور در طی زمان، مشخصات نوسانات فشار به شدت تغییر می کند. در این مطالعه از شش هندسۀ متفاوت برای شبیه سازی هندسۀ داخلی موتور در زمانهای مختلف سوزش و آرایشهای مختلف گرین استفاده شده است. روش به کار برده شده شدت و فرکانس امواج فشاری را به خوبی پیش بینی کرده و نشان داده است که پرش فرکانس نوسانات فشار از هماهنگ دوم مد طولی به هماهنگ اول با تغییر هندسۀ داخلی موتور رخ می دهد.

عنوان مقاله [English]

Acoustic-Mean Flow Interaction in Solid Propellant Rocket Motors

نویسنده [English]

  • M. Golafshani and H. Ghassemi
چکیده [English]

There are several sources for pressure oscillations in solid propellant rocket motors. Oscillatory flow field is one of them. Free shear layers in motor flow field cause vortex shedding. End edges of propellant grains and baffle edge in two-segmented motors are samples of such zones. These vortices move from their forming points and strike the field walls. The kinetic energy of vortices change to pressure, forming acoustical pressure oscillations. Acoustical characteristics of pressure oscillations such as frequency and amplitude change with the gradual change in the internal geometry of the motor. In this paper, the interaction between mean flow and acoustic field in a solid propellant rocket motor is studied numerically. Roe’s flux function in an unstructured grid strategy for solving compressible viscous flow equations show large changes in frequency of pressure oscillations in motor. Six different motor geometries are used for simulation of motor internal geometry at different burning times and grain configurations. Using this methodology, the frequency and intensity of pressure waves are well predicted. It is also shown that frequency jump from second longitudinal mode to the first is formed as a result of changes in the internal geometry.

تحت نظارت وف ایرانی