بررسی فرآیند قطع و محاسبه ضربه پس از قطع در موتور موشک سوخت مایع
Abstract
فرآیند قطع در موتورهای سوخت مایع از نوع فرآیندهای متغیر با زمان می باشد. این فرآیند با فرمان فعال نمودن شیرهای قطع آغاز می شود. دینامیک فرآیند خاموشی که در انتهای کار موتور اتفاق می افتد، کاملاً پیچیده بوده و در موتورهای موشک های حامل ماهواره، تعیین میزان ضربه پس از آن حائز اهمیت است. افزایش ضربه پس از قطع موتور منجر به افزایش خطا در سرعت نهایی پرنده می¬شود. مدت زمان خاموشی موتور و چگونگی کاهش نیروی رانش یکی از مهمترین مراحل در کنترل انواع موشک های و حامل های فضایی می باشد. در این تحقیق در ابتدا معادلات حاکم بر خط لوله و شیر کنترلی بصورت تحلیلی و همچنین عددی بیان شده است. در حل ریاضی، با استفاده از تبدیل لاپلاس و خطی سازی و حل دستگاه معادلات پایداری عملکرد شیر بررسی شده است. با مدل سازی انجام گرفته، رفتار گذرای شیر در حین فرمان قطع و نرخ تغییرات فشار، دبی عبوری از شیر، بر اساس حرکت المان قطع کننده شیر محاسبه شده است. نتایج عددی نشان می¬دهد تا لحظات پایانی بسته شدن شیر، تغییر قابل توجهی در دبی عبوری از شیر رخ نمی¬دهد. در ادامه مدل ریاضی پیش بینی تغییرات فشار محفظه احتراق، کاهش نیروی رانش و تعیین ضربه پس از قطع ارائه گردیده است. رفتار یک محفظه احتراق در حین خاموشی شبیه سازی گردید، نتایج نشان داد که در وضعیتی که شیر سوخت باز و فقط شیر قطع مسیر اکسنده عمل نماید، خاموشی موتور سریع تر اتفاق می افتد. در این تحقیق همچنین با ساخت یک دستگاه آزمایشی، فرآیند قطع بصورت تجربی بررسی گردید. تغییرات فشار و دبی عبوری جریان سیال در بالا دست و پایین دست شیر قطع مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مراحل دوفازی شدن جریان پس از بسته شدن شیر نشان داده شد. نتایج نشان داد که میزان افت ناگهانی فشار تاثیر بسیار مهمی در دوفازی شدن و ایجاد پدیده کاویتاسیون دارد.