Onda de choque y acoplamiento aeroelástico en tobera sobreexpandida
Autores: Hu, Haifeng; Gao, Xinni; Gao, Yushan; Yang, Jianwen
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Onda de choque y acoplamiento aeroelástico en tobera sobreexpandida
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Boquilla de cohete
Separación de flujo
Boquillas De-Laval de alta potencia
Rendimiento aeroelástico
Modelos de turbulencia
Control de separación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
La creciente demanda de aumentar la potencia del motor de un cohete líquido está impulsando el desarrollo de toberas De-Laval de alta potencia, lo que se logra principalmente al aumentar la relación de expansión. Una alta relación de expansión para las toberas De-Laval puede causar separación del flujo, lo que resulta en fuerzas asimétricas e inestables que pueden limitar la vida útil de la tobera. Para mejorar el rendimiento de la tobera, se han propuesto varios métodos de control de separación, pero hasta ahora no se han implementado completamente debido a las incertidumbres asociadas con la simulación de fenómenos de flujo. Se realiza un estudio numérico de un motor de cohete de alta relación de área para analizar el rendimiento aeroelástico de su estructura bajo condiciones de separación de flujo. Basado en una metodología numérica, se analiza el flujo dentro de una tobera de cohete (el VOLVO S1), y se discuten de manera integral diferentes patrones de separación, incluyendo tanto la separación de choque libre (FSS) como la separación de choque restringido (RSS). Dado que la ubicación del punto de separación del flujo depende en gran medida del modelo de turbulencia, se simulan tanto el modelo de ecuación de transporte simple como los modelos de turbulencia de dos ecuaciones de transporte, y los hallazgos se comparan con los resultados experimentales. Por lo tanto, el modelo de turbulencia de Spalart-Allmaras (SA) es la elección ideal para esta geometría de tobera de cohete. Se utiliza una wavelet para analizar las frecuencias de amplitud de 0 a 100 Hz bajo diversas condiciones de fluctuación de presión. Basado en una comprensión clara del campo de flujo, se lleva a cabo un método de acoplamiento aeroelástico con dinámica de fluidos computacional (CFD) / dinámica estructural computacional (CSD) débilmente acopladas. Se obtienen algunas ideas sobre la aeroelasticidad de la tobera bajo condiciones de flujo separado. Los resultados de la simulación muestran el impacto significativo de la respuesta estructural en las características inherentes de pulsación de presión resultantes de la separación del flujo.
Descripción
La creciente demanda de aumentar la potencia del motor de un cohete líquido está impulsando el desarrollo de toberas De-Laval de alta potencia, lo que se logra principalmente al aumentar la relación de expansión. Una alta relación de expansión para las toberas De-Laval puede causar separación del flujo, lo que resulta en fuerzas asimétricas e inestables que pueden limitar la vida útil de la tobera. Para mejorar el rendimiento de la tobera, se han propuesto varios métodos de control de separación, pero hasta ahora no se han implementado completamente debido a las incertidumbres asociadas con la simulación de fenómenos de flujo. Se realiza un estudio numérico de un motor de cohete de alta relación de área para analizar el rendimiento aeroelástico de su estructura bajo condiciones de separación de flujo. Basado en una metodología numérica, se analiza el flujo dentro de una tobera de cohete (el VOLVO S1), y se discuten de manera integral diferentes patrones de separación, incluyendo tanto la separación de choque libre (FSS) como la separación de choque restringido (RSS). Dado que la ubicación del punto de separación del flujo depende en gran medida del modelo de turbulencia, se simulan tanto el modelo de ecuación de transporte simple como los modelos de turbulencia de dos ecuaciones de transporte, y los hallazgos se comparan con los resultados experimentales. Por lo tanto, el modelo de turbulencia de Spalart-Allmaras (SA) es la elección ideal para esta geometría de tobera de cohete. Se utiliza una wavelet para analizar las frecuencias de amplitud de 0 a 100 Hz bajo diversas condiciones de fluctuación de presión. Basado en una comprensión clara del campo de flujo, se lleva a cabo un método de acoplamiento aeroelástico con dinámica de fluidos computacional (CFD) / dinámica estructural computacional (CSD) débilmente acopladas. Se obtienen algunas ideas sobre la aeroelasticidad de la tobera bajo condiciones de flujo separado. Los resultados de la simulación muestran el impacto significativo de la respuesta estructural en las características inherentes de pulsación de presión resultantes de la separación del flujo.