طراحي و تحليل عددي دهانه ورودي مافوق صوت متقارن محوري در عدد ماخ 3

Design and Analysis of Axisymmetric Supersonic Inlet at Mach 3

دهانه ورودي مافوق صوت، نقش كليدي در عملكرد موتورهاي هواتنفسي به ويژه موتورهاي رمجت دارد. كاربرد دهانه ورودي در موتورهاي رمجت اين است كه سرعت هوا را از جريان آزاد تا سرعتي كه با سرعت شعله در دسترس در محفظه احتراق سازگار است، كاهش دهد. از اينرو طراحي دقيق و صحيح دهانه ورودي، تاثير بسزايي بر عملكرد كل سيستم و پارامترهاي اصلي موتور رمجت دارد. در كار حاضر يك دهانه ورودي تراكم خارجي متقارن محوري براي عملكرد در عدد ماخ پروازي 3 طراحي شده است. از آنجا كه رفتار جريان براي اين نوع دهانه ورودي پيچيده تر از دهانه ورودي دوبعدي است يك برنامه كامپيوتري براي حل معادلات مربوط به گذر جريان مافوق صوت از روي مخروط و نيز ارتباط بين پارامترها و اصول و قيود طراحي دهانه ورودي متقارن محوري تدوين شده است كه هندسه نهايي شامل جزييات هندسي مخروط، كلاهك دهانه و كانال زيرصوتي را به صورت يكپارچه به عنوان خروجي رسم مي كند. از آنجا كه نيروهاي لزجت را به دليل تاثير بر الگوي شاك ها و جدايش جريان نمي توان ناديده گرفت، شبيه سازي و الگوي رفتار جريان لزج به وسيله نرم افزار ديناميك سيالات محاسباتي بررسي و صحت سنجي شده است. بدين منظور از مدل RNG K-ɛ براي مدل سازي اغتشاش جريان و از دقت مرتبه دوم براي گسسته سازي ترم جابجايي استفاده شده است. نتايج حاصل نشان مي دهد كه هندسه طراحي شده مي تواند الزامات عملكردي مورد نظر را برآورده سازد.

Supersonic inlet has a key role in the performance of air-breathing engine special in ramjet engines. The function of a ramjet engines diffuser is to decelerate the air velocity from its freestream at the intake to a combustor velocity which is compatible with the available flame velocity. Accurate design of inlet has an important effect on the performance of a ramjet system and its main parameters. In this study, an axisymmetric external compression supersonic inlet designed at Mach 3. Flow behavior for this type of inlet is more complicated than the two-dimensional inlet. Because of this character, a computer program for solving the equations of supersonic flow through the cone, and the relationship between the parameters and the principles of the axisymmetric inlet has developed which integrates the final geometry, including center body geometrical details, inlet cowling and subsonic channel as output. Since viscous forces cannot be ignored because they cause complex shock patterns and flow separation, the simulation and flow behavior pattern is modeled and validated by computational fluid dynamics software. For this purpose, the RNG K-ɛ model was used for flow turbulence modeling and second-order accuracy was used for discretization of convection term. The results show that the designed geometry can meet the desired performance requirements.