بررسي تجربي اثر حضور مانع و هندسه آن در ميكرونازل همگرا- واگرا روي بردار پيشران و جت خروجي

Experimental Study of Effect of Obstacle Presence and its Geometry on Thrust Vector and Outlet Jet in a Convergent- Divergent Micro Nozzle

در اين تحقيق اثر چند نوع مانع غيرمعمول با هندسه‌هاي مكعبي، كروي، استوانه‌اي و مخروطي شكل بر بردار پيشرانش يك ميكرو نازل همگرا- واگرا به‌عنوان يك روش جديد در كنترل بردار پيشران به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور يك نازل همگرا- واگرا در ابعاد كوچك طراحي و ساخته شده است. اين نازل به صورتي است كه عدد ماخ اسمي خروجي آن در شرايط انبساط كامل، 2 است. ديواره اين نازل براي اندازه‌گيري تغييرات فشار، مجهز به سوراخ‌هاي فشار شده است. همچنين در ديواره نازل مجرايي براي اعمال يك مانع در درون نازل ايجاد شده است. از سنسورهاي فشار براي اندازه‌گيري فشار و همچنين از سيستم سايه‌نگاري براي بررسي ميدان جريان خروجي از نازل استفاده شده است. فشار كل محفظه آرامش در تمام آزمايش‌ها ثابت بوده و برابر 5/5بار است. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان مي‌دهد كه بيشترين مقدار انحراف، مربوط به مانع با هندسه مكعبي شكل است كه برابر 1/2درجه است. همچنين در هندسه‌هايي كه داراي گوشه‌هاي تيز هستند، شوك شكل گرفته قوي‌تر بوده و به ديواره مقابل برخورد مي‌كند. در اين تحقيق شوك شكل گرفته با مانع مكعبي و استوانه‌اي به ديواره مقابل برخورد كرده اما براي موانع كروي و مخروطي شكل، شوك از دهانه نازل خارج مي‌شود. همچنين اين نتايج نشان مي‌دهند كه نيروي محوري نازل كاهش بسيار جزيي داشته است

In this research, the effect of several unconventional obstructions with cubic, spherical, cylindrical, and cone geometries on the propulsion vector of a convergent-divergent micro nozzle as a new method in propulsion vector control is experimentally investigated. For this purpose, a convergent-divergent nozzle was designed and constructed in small dimensions. This nozzle is such that the Mach number is its nominal output in full expansion conditions 2. The wall of this nozzle is designed to measure pressure variations with pressure holes. Also, in the nozzle wall, a duct has been created to apply a bulge inside the nozzle. Pressure sensors and the shadograph system have been used to pressure measurement and check the outlet flow field respectively. The total pressure of the calming chamber is constant in all experiments and is equal to 5.5 times. The results of this study show that the maximum deviation is related to an obstruction with a cubic geometry which is 2.1 degrees. Also, the geometries that have sharp corners are more shock-shaped and hit the opposite wall. In this research, the shock formed by a cubic barrier has hit the opposite wall, but with a spherical shaped and cone-shaped barrier, the shock comes out from the nozzle. Also, these results indicate that the axial force of the nozzle has been reduced to a very small extent.