Simulación Numérica Dinámica de Larga Duración de la Combustión y el Flujo en Motores Cohete Híbridos Considerando la Erosión de la Boquilla
Autores: Meng, Xiangyu; Tian, Hui; Niu, Xiaoting; Zhu, Hao; Gao, Jingfei; Cai, Guobiao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Simulación Numérica Dinámica de Larga Duración de la Combustión y el Flujo en Motores Cohete Híbridos Considerando la Erosión de la Boquilla
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Motores de cohete híbridos
Erosión de la boquilla
Modelo de predicción de rendimiento
Cámara de combustión
Simulación numérica dinámica
Impulso específico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
Los motores de cohetes híbridos tienen un gran potencial de desarrollo debido a su destacada flexibilidad en el ajuste de empuje y su capacidad de operación a largo plazo. Sin embargo, la erosión de la boquilla durante la operación del motor puede causar un aumento en el área de la garganta de la boquilla, lo que lleva a una disminución en la presión de la cámara de combustión y en la eficiencia de la boquilla. Por lo tanto, un modelo de predicción de rendimiento para motores de cohetes híbridos que considere la erosión de la boquilla se ha convertido en una tecnología clave que debe abordarse al desarrollar motores de cohetes híbridos. Este estudio utiliza tecnología de malla dinámica para simular la regresión de la superficie de combustión y la erosión de la boquilla, que se ajusta bien a los valores experimentales. El comportamiento de las partículas de alta energía en la cámara de combustión se simula a través de un modelo de fase discreta. Notablemente, se observa un comportamiento distintivo en las gotas de Al y Mg, con las gotas de Al exhibiendo una vaporización incompleta en la cámara de combustión, mientras que las gotas de Mg se vaporizar completamente. Se realiza una prueba de disparo en tierra utilizando el motor de cohete híbrido de 336 mm durante 200 s. Los resultados muestran que la simulación numérica dinámica, que tiene en cuenta la erosión de la boquilla, mejora sustancialmente la precisión de la predicción del rendimiento. La desviación promedio en el empuje del motor se mantiene por debajo del 1.8%, y la desviación de la presión de la cámara de combustión se mantiene por debajo del 2.6%, confirmando la precisión del modelo. En última instancia, tanto los resultados de la simulación como los experimentales indican una disminución gradual en el impulso específico y la velocidad característica durante la operación a largo plazo, atribuida a la desviación gradual de la relación oxígeno-combustible. Esta investigación proporciona valiosas ideas para guiar el diseño de motores de cohetes híbridos y optimizar los parámetros de diseño para mejorar el rendimiento general. Este modelo puede lograr predicciones de rendimiento de alta precisión y larga duración para motores de cohetes híbridos.
Descripción
Los motores de cohetes híbridos tienen un gran potencial de desarrollo debido a su destacada flexibilidad en el ajuste de empuje y su capacidad de operación a largo plazo. Sin embargo, la erosión de la boquilla durante la operación del motor puede causar un aumento en el área de la garganta de la boquilla, lo que lleva a una disminución en la presión de la cámara de combustión y en la eficiencia de la boquilla. Por lo tanto, un modelo de predicción de rendimiento para motores de cohetes híbridos que considere la erosión de la boquilla se ha convertido en una tecnología clave que debe abordarse al desarrollar motores de cohetes híbridos. Este estudio utiliza tecnología de malla dinámica para simular la regresión de la superficie de combustión y la erosión de la boquilla, que se ajusta bien a los valores experimentales. El comportamiento de las partículas de alta energía en la cámara de combustión se simula a través de un modelo de fase discreta. Notablemente, se observa un comportamiento distintivo en las gotas de Al y Mg, con las gotas de Al exhibiendo una vaporización incompleta en la cámara de combustión, mientras que las gotas de Mg se vaporizar completamente. Se realiza una prueba de disparo en tierra utilizando el motor de cohete híbrido de 336 mm durante 200 s. Los resultados muestran que la simulación numérica dinámica, que tiene en cuenta la erosión de la boquilla, mejora sustancialmente la precisión de la predicción del rendimiento. La desviación promedio en el empuje del motor se mantiene por debajo del 1.8%, y la desviación de la presión de la cámara de combustión se mantiene por debajo del 2.6%, confirmando la precisión del modelo. En última instancia, tanto los resultados de la simulación como los experimentales indican una disminución gradual en el impulso específico y la velocidad característica durante la operación a largo plazo, atribuida a la desviación gradual de la relación oxígeno-combustible. Esta investigación proporciona valiosas ideas para guiar el diseño de motores de cohetes híbridos y optimizar los parámetros de diseño para mejorar el rendimiento general. Este modelo puede lograr predicciones de rendimiento de alta precisión y larga duración para motores de cohetes híbridos.