بررسي عددي همزمان اثرات مغناطيسي و آيروديناميكي بر روي يك پرتابگر الكترومغناطيس با آرميچر سبك بر روي شبكه متحرك غيريكنواخت

Numerical study of magnetic and aerodynamic effects on the light armature of an electromagnetic launcher using non-uniform moving grid

در پرتابگر الكترومغناطيسي كه براي شتاب دادن به اجرام تا سرعت هاي بالا به كار مي رود از انرژي الكتريكي براي تحريك سيستم و اعمال نيروي الكترومغناطيسي به پرتابه استفاده مي شود. اين نوع پرتابگرها داراي راندمان بالاتري نسبت به پرتابگرهاي معمولي هستند لذا اخيرا رويكر گسترده­اي در صنايع هوافضا نسبت به اين نوع پرتابگرها، از جمله حوزه پرتاب ماهواره هاي سبك، پديدار گشته است. از آنجاييكه علاوه بر نيروهاي الكترومغناطيسي نيروهاي آيروديناميكي نيز در ميزان شتاب آرميچر موثر مي باشند لذا نياز است معادلات ناويراستوكس گذرا بر روي شبكه متحرك غيريكنواخت، همزمان با معادلات ماكسول حل شوند. از شبكه باسازمان جهت كاهش هزينه هاي محاسباتي استفاده شده است. خط مسير ذرات نشان مي دهد كه جرياني ميان ناحيه پرفشار نزديك دماغه و ناحيه كم فشار انتهاي آرميچر شكل مي گيرد. علاوه بر گردابه هاي ناحيه كم فشار، جريان ثانويه اي در كنار ديواره هاي ارميچر ديده مي شود. نهايتا با اعمال نيروهاي لورنتز و درگ، سرعت آرميچر محاسبه گرديد. نتايج نشان مي دهد كه در اين شرايط آرميچر مي تواند به سرعت حدود 100 متر بر ثانيه در بازه زماني 2 ميلي ثانيه دست يابد.

The electromagnetic launchers are used to accelerate armature to the high velocity. This system applies the electrical energy to induce the magnetic force in the armature. This type of launchers has a higher efficiency than conventional launchers. Therefore, aerospace industries recently widely use from this type of launcher for some of the spatial application, such as the transmittal of light satellites. Since, in addition to the electromagnetic forces, the aerodynamic forces are also effective in the rate of acceleration, so that the transient Navier-Stokes equations on the non-uniform moving mesh should be solved simultaneously with the Maxwell equations. A structured mesh has been used to reduce computational costs. The pathline shows that the flow is formed between the high-pressure area, near the nose of the armature, and the low-pressure region, near the end of the armature. Finally, the speed of the armature was calculated by applying Lorentz and Drag forces. The results show that the speed of the armature can reach about the 100 m/s during the time interval of about 2 ms.