مطالعه پارامتری آگمنتور تراست موتور پالس‌جت در رژیم جریان تراکم‌پذیر با عدد ماخ پایین با استفاده از شبیه‌سازی عددی غیردائم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه جامع امام حسین(ع)

چکیده

موتور پالس‌جت به دلیل ساختار ساده، وزن کم و هزینه پایین تولید، همواره مورد توجه محققان حوزه پیشرانه‌های هوایی بوده است. در این پژوهش، بهینه‌سازی پارامتری آگمنتور در خروجی یک موتور پالس جت انجام گرفت. برای این هدف، ابتدا، شبیه‌سازی عددی عملکرد یک موتور پالس‌جت دارای دریچه ورودی به‌صورت گذرا و تقارن محوری در شرایط پروازی با استفاده از نرم‌افزار انسیس فلوئنت بررسی شد. از مدل k-ω SST برای مدل‌سازی آشفتگی استفاده شد و فرایند احتراق به‌صورت منبع انرژی حجمی لحاظ گردید. مقطع مناسب در پائین‌دست موتور برای محاسبه صحیح نیروی خالص پیشرانش با استفاده از معادله مومنتوم انتخاب شد. شبیه‌سازی‌ها در چند سیکل متوالی انجام گرفت تا نوسانات پارامترهای جریانی و عملکردی موتور به‌صورت نوسانی هارمونیک تبدیل شود و سپس، مقدار نیروی پیشرانش در بازه سه سیکل انتهائی متوسط‌گیری زمانی شد. در ادامه، با فرض آگمنتور استوانه‌ای و پارامتری کردن هندسه آن، تأثیر سه پارامتر کلیدی فاصله آگمنتور از خروجی موتور، و همچنین قطر و طول آگمنتور روی افزایش میزان نیروی پیشرانش مورد بررسی قرار گرفت. درنهایت، تحلیل دقیق رفتار آیرودینامیکی موتور در حالت با و بدون آگمنتور ارائه شد. نتایج نشان داد آگمنتور بهینه با مکش هوای محیط اطراف موتور و تقویت مومنتوم خروجی، منجر به افزایش 170 درصدی نیروی پیشرانش نسبت به حالت بدون آگمنتور می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Parametric Study of the Thrust Augmentor of a Pulsejet Engine in a Low-Mach-Number Compressible Flow Regime Using Unsteady Numerical Simulation

نویسندگان [English]

  • Yousof Riasatfard 1
  • Mahdi Nili Ahmadabadi 1
  • Farhad Ghadak 2
1 Faculty of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology
2 Faculty of Aerospace Engineering, Imam Hossein Comprehensive University
چکیده [English]

The pulsejet engine has always attracted the attention of researchers in the field of air-breathing propulsion due to its simple structure, low weight, and inexpensive manufacturing process. In this study, a parametric optimization was performed on an augmentor installed at the exhaust of a pulsejet engine. To this end, a transient axisymmetric numerical simulation of a valved pulsejet engine under flight conditions was carried out using ANSYS Fluent. The k–ω SST turbulence model was employed to capture the flow behavior, and the combustion process was modeled as a volumetric energy source. A suitable downstream section of the engine was selected to accurately compute the net thrust using the momentum equation. Simulations were conducted over multiple consecutive cycles until the flow and performance parameters exhibited harmonic oscillations. The thrust was then time-averaged over the final three cycles. Subsequently, assuming a cylindrical augmentor and parameterizing its geometry, the effects of three key parameters including the augmentor’s distance from the engine exit, its diameter and its length, on the thrust augmentation were investigated. Finally, a detailed aerodynamic analysis of the engine, with and without the augmentor, was presented. The results demonstrated that the optimized augmentor, by entraining ambient air and enhancing the exhaust momentum, increased the net thrust by approximately 170% compared to the configuration without an augmentor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pulsejet engine
  • Numerical simulation
  • Parametric optimization
  • Cylindrical augmentor
  • Ejector mechanism
  1. Bogdanov V. Interaction of masses in the operating process of pulse jet engines as a means of increasing their thrust efficiency. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2006; 79: 506-511.https://doi.org/10.1007/s10891-006-0128-8
  2. Maqbool D., Cadou C.P. Acoustic analysis of valveless pulsejet engines. Journal of Propulsion and Power. 2017; 33: 62-70. https://doi.org/2514/1.B36078
  3. Nazar Parvar A., Fathali M. Impact of the geometrical parameters of valveless pulsejet engine on the thrust. Aerospace Knowledge and Technology Journal. 2015; 3: 89-101 (In Persian).
  4. Agarwal A., Pitso I. Modelling and numerical exploration of pulsejet engine using eddy dissipation combustion model. Materials Today: Proceedings. 2020; 27(2):1341-1349. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.620
  5. Peterson A.C. Combustion jet propulsion means. U.S. Patent 1,980,266. 1944.
  6. Mindling G., Bolton R. US Air Force tactical missiles. Lulu, 2008. Available from:https://www.abebooks.com/9780557000296/U.S-Air-Force-Tactical-Missiles-0557000297/plp
  7. Paxson, D., Litke, P., Schauer, F., Bradley, R., and Hoke, J.‎ Performance assessment of a large scale pulsejet-driven ejector system. 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada, 2006. https://doi.org/10.2514/6.2006-1021.
  8. Zheng, F., Kuznetsov, A. V., Roberts, W. L., and Paxson, D. E. Influence of Geometry on Starting Vortex and Ejector Performance. J. Fluids Eng. 2011; 133(5): 051204. https://doi.org/10.1115/1.4004082.
  9. Subramanian, M., Venkatesh, N., Gopikannan, S., Harish, V., and Kavin, V. Estimation of mechanical ‎properties of water augmented pulse jet engine. Int. J. of Adv. Res. 2020; 8: 747-755. ‎‎https://dx.doi.org/10.21474/IJAR01/10689.
  10. Sayres J.S. Computational fluid dynamics for pulsejets and pulsejet related technologies. M.S. thesis. North Carolina State University. 2011. Available from: http://www.lib.ncsu.edu/resolver/1840.16/6902
  11. Paxson D., Wilson J., Dougherty K. Unsteady ejector performance: an experimental investigation using a pulsejet driver. 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. Indianapolis, 2002.
  12. Fox R.W., McDonald A.T., Pritchard P.J. Introduction to fluid mechanics. Wiley online library, 10th Edition, 2020.
  13. Hill P.G., Peterson C.R. Mechanics and thermodynamics of propulsion. 2nd Edition, Pearson, 1991.
  14. Turns S.R. An introduction to combustion: concepts and applications, 3rd Edition, Mechanical Engineering Series, McGraw-Hill, 2011.
  15. Mattingly J.D., and Boyer K.M. Elements of propulsion: gas turbines and rockets, 2nd Amer Inst of Aeronautics, 2016.
  16. Engineering L. Building a gasoline pulse jet engine. [video] 2020. Available:  https://www.youtube.com/watch?v=v-6ltwJAiLk.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی