مطالعه عددي جريان فرا صوت گاز در يك شيپوره رمپ تك انبساطي

Numerical Study of Supersonic Gas Flow in Single Expansion Ramp Nozzle

در بسياري از طراحي ­ها براي پرنده­ هاي فضايي با موتورهاي اسكرمجت از شيپوره­ هاي رمپ تك انبساطي (سرن) استفاده مي­ شود زيرا استفاده از شيپوره سرن در نسبت ­هاي انبساط زياد، باعث كاهش وزن شيپوره و كاهش پساي اصطكاكي شده و همچنين يك نيروي برآي اضافي توليد مي­ نمايد. هدف از اين مقاله بررسي عددي جريان فرا صوت در شيپوره خروجي يك موتور اسكرمجت با استفاده از يك كد عددي فرترن مي­ باشد. براي حل مسأله از حل معادلات ناوير-استوكس استفاده شده است. معادلات حاكم بر حوزۀ حل، شامل معادله پايستاري جرم، معادلات مومنتوم، معادله انرژي و معادله حالت گاز كامل مي­ باشند كه براي جريان تراكم­ پذير لزج دو-بعدي استفاده شده ­اند. براي حل عددي اين معادلات از روش گام ­زني زماني يعني شكل ناپاياي معادلات ناوير-استوكس استفاده شده است. در اينجا با روش گام ­زني زماني براي حل جريان ناپايا پاسخ حالت پايا نتيجه شده است. در ادامه نتايج حاصل از كد عددي با نتايج فلوئنت و نتايج روش مشخصه ­ها و نتايج تجربي مقايسه شده است كه اين مقايسه نشان دهنده تطابق خوب نتايج حل عددي با نتايج تجربي و ساير نتايج مي­ باشد.

SERN (Single Expansion Ramp Nozzle) nozzles often used in many aerospace vehicles with scramjet engines. Employment of SERN nozzles results in reducing the frictional drag and weight of nozzle and also they produce extra lift. A numerical study of supersonic gas flow in SERN nozzles is presented in this paper. The Navier-Stokes equations are solved with using a FORTRAN code. The governing equations are conservation of mass, momentums, energy and state equation of perfect gas for two dimensional compressible viscose flow. Equations are solved with using time-marching method. For verification, the results of recent numerical solution are compared with experimental results and results of Fluent and results of method of characteristics (MOC) and comparisons show good agreement with experimental results and other numerical solutions.