بررسي شيپوره آيرواسپايك تقارن محوري

Investigation of Axisymmetric AeroSpike Nozzle

شيپوره هاي آيرواسپايك يكي از انواع شيپوره هاي همگرا -واگرا بوده كه در مقايسه به شيپوره هاي همگرا -واگراي مرسوم داراي مزايا و معايبي است. اين نوع از شيپوره ها داراي بازدهي بيشتر در مقايسه با شيپوره هاي مرسوم استفاده شده در سامانه هاي پيشرانش فضايي است. همچنين قابليت استفاده به عنوان پيشرانش برداري از ديگر مزاياي اين نوع شپيوره ها است. از معايب اين نوع شيپوره ها مي توان به وزن بيشتر و نياز به خنككاري اشاره كرد. در پژوهش حاضر با هدف بررسي كاهش وزن از طريق بريدن طول شيپوره و نيز بررسي توزيع دما روي آن يك شيپوره آيرواسپايك تقارن محوري مورد بررسي قرارگرفت. اين شيپوره با استفاده از ايجاد يك شبكه سازمان يافته و با استفاده از روش k-ε مورد بررسي قرارگرفت. تحليل صورت گرفته با توجه به تاثير تغيير فشار روي جريان با اعمال تغيير نسبت فشار از 2 تا 50 در دوطرف شيپوره انجام شد. در نهايت براي مطالعه اثر كاهش طول توپي در چهار حالت برش خورده مختلف مورد بررسي قرار گرفت. براي شبيه سازي اين بخش از نسبت فشار 10 استفاده شد. نتايج بيانگر تغييرات جريان در اثر كاهش طول توپي بوده به صورتي كه در صورت برش بيش از 40 درصد توپي، جريان دچار تغييرات كلي مي گردد. از سوي ديگر افزايش فشار تا حدود 10 بار باعث كاهش دما تا حدود 740 كلوين در بخش وسيع تري از ايرواسپايك مي شود. اين در حاليست كه افزايش بيشتر فشار بر روي كاهش دما اثر چنداني ندارد.

Aerospoke nozzle is one kind of the converging-diverging nozzle that are more effective than of the Bell nozzle. The aerospike nozzle have high efficiency in the all Number of Pressure Ratio (NPR). Also, the usability as a vector thrust is the other benefits of the aerospike nozzle. The disadvantage of the aerospike nozzle it’s heavier than as the Bell nozzle and the aerospike nozzle requires cooling system. There are afew studies about the aerospike nozzles and the use of this type of nozzles requires more experimental and theoretical studies. In this study reported the results of numerical simulation an axisymmetric aerospike nozzle. In This study used a structure grid and the K-ε turbulence model. The effected of NPR was investigated and the NPR varied between 2 to 50. The results show linear relation between NPR and nozzle mass flow rate. In the last part of this study the effected of the spike length was studied. The four defferent spikes was modeled by 20, 40, 60 and 80 percent length of the first spike length in 10 NPR and results show the cutting more than 40 percent length of the spike effect in flow quality.