مدل سازي شبه يك بعدي بالستيك داخلي راكت سوخت جامد با در نظر گرفتن مدل سوزش فرسايشي سادرهلم

Quasi-One-Dimensional Modeling of Internal Ballistic in Solid Propellant Rocket Considering Saderholm Erosive Burning Model

در اين بررسي، ابتدا به معرفي مدل هاي مختلف تحليل جريان درون موتور موشك سوخت جامد پرداخته مي شود. سپس با توجه به اينكه برخي از اين مدل ها قادر به پيش بيني اثرات پديده هاي مهمي همچون سوزش فرسايشي و شتاب طولي نمي باشند، بنابراين براي احتساب اين اثرات بر روي بالستيك داخلي، با استفاده از معادلات جريان عموميت يافته، يك مدل شبه يك بعدي استخراج شده است. جريان شبه يك بعدي غير لزج و تراكم ناپذير همراه با اصطكاك، تزريق جرم، تغيير سطح مقطع جريان به عنوان معادلات حاكم در نظر گرفته مي شود. سپس با فرض شبه دائمي بودن جريان، در نظر گرفتن ميزان افت فشار و تغييرات قطر گلوگاه نازل و صرف نظر كردن از انتقال حرارت در ديواره ها، در هر لحظه از زمان از معادلات حاكم در طول موتور انتگرال گيري شده و مشخصات جريان درون موتور از جمله توزيع فشار، دما و عدد ماخ در طول موتور و همچنين مشخصات عملكردي موتور مانند فشار محفظه در طي فرآيند سوزش به صورت تابعي از زمان تعيين شده است. با توجه به اينكه اثر سوزش فرسايشي بر نرخ سوزش سوخت جامد در شرايط مختلف محيطي حائز اهميت است، براي مقايسه نتايج بدست آمده از اين مدل سازي با روش هاي تجربي، از مدل سادرهلم براي مدل سازي سوزش فرسايشي استفاده شده است.

In this study, different flow analysis models in solid rocket motor are presented. Amongst these models, some are not capable of predicting the effects of significant phenomena such as erosive burning and longitudinal acceleration. In order to consider these effects on the internal ballistic, a quasi-one-dimensional model was developed which employs generalized flow equations. A non-viscous and incompressible quasi-one-dimensional flow with friction, mass injection and flow crosssection variation were taken into account in the governing equations. Then, assuming quasi unsteady flow and considering pressure drop and variation of nozzle throat diameter, and also neglecting the heat transfer in the walls, the governing equations were integrated along the engine length at each time increment. Finally, the flow characteristics inside the engine including the distribution of pressure, temperature, and Mach number along the engine as well as functional characteristics of the engine such as chamber pressure during the burning process were determined as a function of time. Erosive burning effects on the burning rate are of great importance at various conditions. Therefore,, the results of the model were compared with the experimental data of Saderholm model