Dinámica del flujo a través de orificios en un inyector de cohete como fuente de excitación de inestabilidades de combustión impulsadas por el inyector
Autores: Son, Min; Börner, Michael; Armbruster, Wolfgang; Hardi, Justin S.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Dinámica del flujo a través de orificios en un inyector de cohete como fuente de excitación de inestabilidades de combustión impulsadas por el inyector
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Investigar
Flujo de orificio
Inestabilidad
Cavitación
Espectro de presión
Modo acústico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Para investigar una hipótesis de la inestabilidad inducida por el flujo a través del orificio en las cámaras de empuje de motores cohete, se utilizó un inyector de oxígeno líquido (LOX) con un módulo de orificio ópticamente accesible para los experimentos, utilizando agua como simulante del LOX. La presión no constante aguas abajo del orificio se midió utilizando sensores piezoeléctricos de alta velocidad bajo condiciones de flujo intra-inyector cavitante y no cavitante. Los flujos de orificio cavitante se visualizaron directamente mediante imágenes retroiluminadas con una cámara de alta velocidad a través del módulo de orificio ópticamente accesible. La cavitación se inició en el número de cavitación de 2.05, y la formación de nubes de burbujas aguas abajo comenzó por debajo de 1.91. El espectro de presión no constante que surge de la cavitación comprende múltiples picos en un amplio rango de frecuencias, lo que puede causar inestabilidades de baja y alta frecuencia. Las frecuencias dominantes de la cavitación disminuyen con el aumento de la caída de presión, mientras que las frecuencias durante el flujo no cavitante aumentan. El flujo de orificio no cavitante excita el segundo modo acústico longitudinal del tubo del inyector. El modo acústico excitado por el flujo no cavitante se vuelve más fuerte cuando el pico de presión en el rango del fenómeno de silbido está cerca del primer modo acústico longitudinal. En conclusión, los mecanismos de excitación de la inestabilidad inducida por el orificio para los flujos cavitantes y no cavitantes fueron bien identificados, a pesar de las limitaciones del agua como simulante del LOX.
Descripción
Para investigar una hipótesis de la inestabilidad inducida por el flujo a través del orificio en las cámaras de empuje de motores cohete, se utilizó un inyector de oxígeno líquido (LOX) con un módulo de orificio ópticamente accesible para los experimentos, utilizando agua como simulante del LOX. La presión no constante aguas abajo del orificio se midió utilizando sensores piezoeléctricos de alta velocidad bajo condiciones de flujo intra-inyector cavitante y no cavitante. Los flujos de orificio cavitante se visualizaron directamente mediante imágenes retroiluminadas con una cámara de alta velocidad a través del módulo de orificio ópticamente accesible. La cavitación se inició en el número de cavitación de 2.05, y la formación de nubes de burbujas aguas abajo comenzó por debajo de 1.91. El espectro de presión no constante que surge de la cavitación comprende múltiples picos en un amplio rango de frecuencias, lo que puede causar inestabilidades de baja y alta frecuencia. Las frecuencias dominantes de la cavitación disminuyen con el aumento de la caída de presión, mientras que las frecuencias durante el flujo no cavitante aumentan. El flujo de orificio no cavitante excita el segundo modo acústico longitudinal del tubo del inyector. El modo acústico excitado por el flujo no cavitante se vuelve más fuerte cuando el pico de presión en el rango del fenómeno de silbido está cerca del primer modo acústico longitudinal. En conclusión, los mecanismos de excitación de la inestabilidad inducida por el orificio para los flujos cavitantes y no cavitantes fueron bien identificados, a pesar de las limitaciones del agua como simulante del LOX.