بخشی از مقاله
خلاصه
این مقاله به مدلسازی، طراحی و تحلیل یک چیدمان از انژکتور گریز از مرکز تکپایه دور نازل یک سامانه کنترل بردار تراست به روش پاشش ثانویه سیال، پرداخته است. پس از طراحی هندسی انژکتور مناسب این سامانه، یک مدل کمربند پاشش چهار انژکتوری به دور یک نازل خاص ارائه شده و سپس به منظور بررسی پدیدههای فیزیکی، به شبیهسازی و حل عددی مسئله در نرمافزار فلوئنت پرداخته شده است. همچنین سیستم فرمان مناسب این سامانه نیز انتخاب و معرفی شده و در پایان الگوریتم عملکرد اجزای این سامانه و نحوه ارتباط بین آنها مشخص و ارائه گردیده است.
.1 مقدمه
از میان روش های مختلفی که برای ایجاد انحراف بردار تراست نسبت به محور اصلی جسم پرنده ذکر شد، روش پاشش ثانویه، امروزه بر روی سیستم های پرنده مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. این روش اولین بار در سال 1960 مورد استفاده قرار گرفت که در آن به تزریق سیال ثانویه به داخل جریان مافوق صوت در سمت واگرای یک نازل همگرا - واگرا پرداخته شد.
مهمترین مزیت این روش نسبت به روش های مکانیکی مثل روش جت های کمکی و یا موتور قاب بندی شده، این است که در روش تزریق سیال ثانویه، نیاز به وجود هیچ گونه قطعه فیزیکی متحرک برای منحرف کردن بردار تراست از محور اصلی جسم نیست. همچنین در این روش می توان با تنظیم مقدار سیال ثانویه تزریق شده، مقدار تلفات نیروی تراست محوری را کاهش و یا جهت بردار را تغییر داد، .[1] شکل 1به صورت شماتیک اتفاقاتی که در اثر تزریق سیال ثانویه در داخل نازل رخ می دهد را نشان می دهد. همان طور که از شکل نیز مشخص است علت اصلی انحراف جسم پرنده از محور اصلی خود، در مرحله ی اول توزیع فشار نامتقارنی است که در اثر شوک قوی رخ می دهد و در مرحله ی دوم، به دلیل تزریق خود سیال ثانویه است که منجر به بهم خوردن توزیع فشار می شود،
شکل -1 نمای شماتیک میدان جریان در داخل نازل با تزریق سیال ثانویه
در واقع علت این پدیده را می توان این گونه توصیف کرد که سیال ثانویه تزریق شده مانند یک سد بر سر راه جریان سیال مافوق صوت در داخل نازل قرار می گیرد که همین امر منجر به ایجاد شوک قوی می شود که این شوک قوی عامل اصلی 80 تا 90 درصد از نیرو های جانبی است که تشکیل می شوند و همین نیروهای جانبی عامل اصلی از بین رفتن تقارن در توزیع فشار می باشند
در طراحی اجزای یک سیستم 1 LITVC، تعداد و نوع انژکتورها، محل قرارگیری انژکتورها، زاویه پاشش، نوع و شکل مخزن ذخیره مایع و روش فشارسازی در مایع پاشش، از عوامل اساسی میباشند. تعدادی از این پارامترها مانند سیستم فرمان پاشش، کاور به منظور پوشش اجزا، لولهکشیها، مایع پاشش، مخزن نگهداری گاز و مخزن نگهداری مایع اصلی، جزء فرضیات مسئله بوده و برای یک نازل خاص، روند طراحی پیش گرفته می شود.
در فرآیند طراحی سیستم های LITVC، طراحی انژکتورهای پاشنده سیال، طراحی شیرهای فرمان انتقال سیال به انژکتورها و همچنین چیدمان این اجزا به دور نازل، از پیچیده ترین و مهمترین موضوعات به شمار می آیند . به جرات می توان گفت که هیچ یک از اجزای سیستم LITVC به اندازه انژکتورها حساس و در عین حال پیچیده نیستند. طراحی انژکتورهای سیستم، یکی از مهمترین پارامترهای موثر در نوع چیدمان آنها به دور نازل است. به عبارت دیگر، چیدمان انژکتورهای این سیستم، تابعی از طراحی خود انژکتور می باشد
.2 تاریخچه
با وجود اینکه تاکنون تحقیقاتی پیرامون مسئله کنترل بردار تراست به روش پاشش ثانویه سیال صورت پذیرفته است، اما طراحی کمربند پاشش و سیستم کنترل، از موضوعاتی است که به آنها پرداخته نشده است.
مارک باور وهمکارانش در سال 1992 چیدمان 8 انژکتوری به همراه شیر فرمان سلنوئیدی باز - بسته را برای موشک Minotaur طراحی و اجرا نمودند
سوهاز و همکارانش در سال 2007 یک چیدمان 4 انژکتوری به دور نازل موشک های هیبریدی کوچک را طراحی، مدلسازی وآزمایش نمودند. آنها 4 انژکتور اریفیس ثابت را به همراه سیستم فرمان شامل شیرهای توپی انتخاب و به دور نازل چیدمان نمودند و نتایج آزمایشات تجربی خود را در قالب جداولی ارائه نمودند
در سال 1387، حیدری و پورامیر طی تحقیقاتی به بررسی اثرات تداخل جت جانبی با جریان اصلی درون نازل پرداختند. آنها ضمن بررسی پارامترهای آیرودینامیکی کنترل بردار تراست، وضعیت نیروه تراست ایجادی توسط جت جانبی را نیز مورد بررسی قرار دادند
در سال 1390، حیدری و پورامیر در زمینه شبیه سازی کنترل بردار تراست به روش پاشش تک انژکتوره سیال مایع به تحقیق و بررسی پرداخته و نتایجی را نیز ارائه نمودند. در این شبیه سازی، جریان آشفته همراه با پاشش ذرات مایع مدل گردیده است. برای این منظور معادلات مومنتوم، انرژی، آشفتگی و معادلات مربوط به فاز گسسته مدل شده است. به منظور مدل سازی آشفتگی جریان از مدل k-Ɛ استفاده گردید
در تحقیقی که اخیرا در سال 1395 توسط محققین گروه مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد پرند صورت پذیرفت، حیدری و نجاری، به طراحی سیستمی یک سامانه LITVC برای یک نازل به خصوص پرداختند. آنها ضمن اشاره به برخی روابط و معادلات حاکم بر یک سیستم LITVC ، تحلیل های عددی را ارائه نموده و پس از ارائه نتایج در قالب نمودار ها و جداول، به مقایسه نتایج خود پرداختند
.3 معلومات و شرایط مرزی مسئله
شکل 2 هندسه انژکتور گریز از مرکزی را نمایش می دهد که در پژوهش های قبلی محققیق حاضر، به عنوان انژکتور مناسب سیستم کنترل بردار تراست به روش پاشش ثانویه، طراحی و معرفی گردید و اکنون به دور نازل چیدمان می گردد.
شکل 3 مربوط به هندسه نازلی است که کنترل بردار تراست برای آن انجام می پذیرد.
