Estudio sobre las características de separación de toberas con gran relación de expansión de motores cohete sólidos
Autores: Wang, Zhihong; Wang, Chunguang; Tian, Weiping
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Estudio sobre las características de separación de toberas con gran relación de expansión de motores cohete sólidos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Boquilla
Presión
Separación
Relación de expansión
Características de flujo
Acoplamiento fluido-estructura
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Para estudiar las características de flujo de una boquilla con un gran ratio de expansión y su influencia en la fuerza sobre la boquilla, se llevaron a cabo investigaciones de pruebas de flujo frío en tierra y un análisis de simulación de acoplamiento fluido-estructura (ratio de expansión máximo = 30.25). A través de experimentos, se obtuvieron las características de variación y pulsación de la presión cerca del área del punto de medición y la presión de entrada. Mediante el análisis del valor pico a pico y el valor promedio, se encontró que la presión promedio después de la separación aumenta en un 90%, pero el valor pico a pico aumenta aproximadamente cinco veces, lo que indica que la fluctuación de presión después de la separación es mucho mayor que antes de la separación. El campo de flujo de separación bajo condiciones de flujo frío se simuló utilizando el software de cálculo comercial CFD Fluent para verificar la corrección de los cálculos numéricos. Se llevó a cabo un análisis de acoplamiento fluido-estructura en una boquilla a gran ratio de expansión (ratio de expansión máximo = 48) a escala completa, y se estudiaron las características de deformación estructural de la boquilla bajo las condiciones de separación. Los resultados de la investigación muestran que la separación de flujo ocurre en la boquilla con un gran ratio de expansión bajo condiciones en tierra. Antes del punto de separación, la pulsación de presión en la pared de la boquilla es pequeña y el efecto de pulsación turbulenta es débil. Después del punto de separación, la pulsación de presión aumenta y el efecto de pulsación turbulenta se intensifica. Cuando la presión total disminuye, el área de separación de la boquilla aumenta y el campo de flujo de separación presenta una fuerte asimetría. Reducir la presión total de entrada a la mitad resultó en aproximadamente 50 veces la carga lateral. Bajo la influencia combinada de las condiciones en tierra y la baja presión total, la gran carga lateral causada por la asimetría del campo de flujo de separación hará que la deformación de la estructura de la boquilla aumente en 5.5 veces. Esta investigación proporciona una referencia importante para el diseño y experimento de boquillas con un gran ratio de expansión.
Descripción
Para estudiar las características de flujo de una boquilla con un gran ratio de expansión y su influencia en la fuerza sobre la boquilla, se llevaron a cabo investigaciones de pruebas de flujo frío en tierra y un análisis de simulación de acoplamiento fluido-estructura (ratio de expansión máximo = 30.25). A través de experimentos, se obtuvieron las características de variación y pulsación de la presión cerca del área del punto de medición y la presión de entrada. Mediante el análisis del valor pico a pico y el valor promedio, se encontró que la presión promedio después de la separación aumenta en un 90%, pero el valor pico a pico aumenta aproximadamente cinco veces, lo que indica que la fluctuación de presión después de la separación es mucho mayor que antes de la separación. El campo de flujo de separación bajo condiciones de flujo frío se simuló utilizando el software de cálculo comercial CFD Fluent para verificar la corrección de los cálculos numéricos. Se llevó a cabo un análisis de acoplamiento fluido-estructura en una boquilla a gran ratio de expansión (ratio de expansión máximo = 48) a escala completa, y se estudiaron las características de deformación estructural de la boquilla bajo las condiciones de separación. Los resultados de la investigación muestran que la separación de flujo ocurre en la boquilla con un gran ratio de expansión bajo condiciones en tierra. Antes del punto de separación, la pulsación de presión en la pared de la boquilla es pequeña y el efecto de pulsación turbulenta es débil. Después del punto de separación, la pulsación de presión aumenta y el efecto de pulsación turbulenta se intensifica. Cuando la presión total disminuye, el área de separación de la boquilla aumenta y el campo de flujo de separación presenta una fuerte asimetría. Reducir la presión total de entrada a la mitad resultó en aproximadamente 50 veces la carga lateral. Bajo la influencia combinada de las condiciones en tierra y la baja presión total, la gran carga lateral causada por la asimetría del campo de flujo de separación hará que la deformación de la estructura de la boquilla aumente en 5.5 veces. Esta investigación proporciona una referencia importante para el diseño y experimento de boquillas con un gran ratio de expansión.