بررسی عددی/تجربی حضور برآمدگی نامتعارف در یک نازل همگرا-واگرا در رژیم مافوق صوت برای کنترل بردار پیشرانش

در این پژوهش اثر یک برآمدگی استوانه‌ای شکل بر بردار پیشرانش یک جت مافوق صوت به عنوان یک روش جدید در کنترل بردار پیشران مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور یک نازل همگرا-واگرا طراحی و ساخته شد. این نازل به صورتی است که عدد ماخ اسمی خروجی آن در شرایط انبساط کامل 2 می‌باشد. دیواره این نازل برای اندازه‌گیری تغییرات فشار مجهز به سوراخ‌های فشار شده است. همچنین، در دیواره نازل مجرایی برای اعمال یک برآمدگی در درون نازل ایجاد شده است. از سنسورهای فشار برای اندازه‌گیری فشار و همچنین، از سیستم شلرین برای بررسی میدان جریان خروجی از نازل بهره برده شده است. فشار کل محفظه آرامش در تمام آزمایش‌ها ثابت بوده و نسبت فشار نارل برابر 6/6 می‌باشد. از کد عددی سه بعدی و چند بلوکی برای مدل‌سازی جریان استفاده شده است. همچنین، از مدل آشفتگی کا اپسیلون آر ان جی برای مدلسازی جریان درون نازل استفاده شده است. از یک شبکه بی سازمان برای شبکه بندی درون نازل و محیط بیرون استفاده شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد که عمق نفوذ برآمدگی در میدان جریان تاثیر چشمگیری بر میزان انحراف و حتی جهت انحراف جریان جت خارج شده از نازل همگرا-واگرا دارد. بیشترین میزان انحراف جریان جت خروجی از نازل برابر با 9/8 درجه بوده که در میزان نفوذ برآمدگی برابر با h/d =0.4 اتفاق افتاده است. بعلاوه، این نتایج نشان می‌دهد که با افزایش میزان نفوذ برآمدگی در درون نازل، میزان پیشرانش محوری نازل اندکی کاهش یافته است.

numerical/experimental investigation of the presence of a protuberance in a convergent – divergent nozzle in supersonic regime to control the thrust vector

in this study, the effect of protuberance on the thrust vector of a supersonic jet was investigated as a new method in thrust vector control. for this purpose, a convergent-divergent nozzle was designed and fabricated. this nozzle is such that the nominal mach number in the nozzle exit in full expansion condition is 2. the wall of the nozzle is equipped with pressure holes to measure pressure variations. also, there is a hole on the nozzle wall to apply a protuberance inside the nozzle. pressure sensors for pressure measurement and also the schlieren system are used to check the outlet flow field. the total pressure in all experiments is constant and equal to npr=6.6. three-dimensional and multi-block numerical code is used for flow modeling. also, the turbulence model k-ε, rng is used to model the nozzle flow. an unstructured mesh has been used for modeling the flow field within the nozzle and the outside domain. the results of this study show that the depth of penetration of the protuberance in the flow field has a significant effect on the amount of deviation and even the direction of the jet stream exited from the convergent-divergent nozzle. the maximum deviation of the jet outlet from the nozzle is 9.8 degrees, which is equal to a penetration ratio of 0.4. in addition, these results indicate that with the increase in protuberance penetration within the nozzle, the nozzle axial thrust has slightly decreased.