1
گروه علوم هوایی، پژوهشکده علوم و فناوری هوایی، پژوهشگاه هوافضا
2
گروه علوم هوایی، پژوهشکده علوم وفناوری هوایی، پژوهشگاه هوافضا
10.22034/joae.2023.366731.1139
چکیده
در مقاله حاضر، عملکرد یک نازل ماوراءصوت ماخ 6 طراحی شده جهت نصب در تونل شوک انعکاسی بصورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. منظور از عملکرد نازل، ایجاد جریان یکنواخت در خروجی، زمان آزمایش مناسب و مسئله آغاز جریان درون نازل است. این نازل با استفاده از روش‌های بهینه سازی مدرن بر پایه یک نازل همگرا-واگرای کلاسیک طراحی شده است. همچنین طراحی و ساخت یک پراب ریک فشار کل برای ارزیابی کیفیت جریان در مقطع آزمون ارائه شده است. در بررسی جریان‌های ماورای صوت، حساسیت جریان به وجود انواع اغتشاش و همچنین نوسانات ناشی از امواج آکوستیک از پیچیدگی‌های کار است. از این رو در جریان ماورای صوت، ملاحظات مربوط به طراحی محفظه آزمون و همچنین هندسه ریک اندازه‌گیری فشار اهمیت دوچندان دارند. بنابراین چالشهای طراحی پراب ریک فشار کل درون محفظه آزمون و تست بررسی شده و راهکارهای حل مسئله در تونل شوک پژوهشگاه هوافضا (ARIST) ارائه شده است. در مقاله حاضر دینامیک موج ضربه-ای انعکاسی در لوله شوک و امواج آغازین در مقطع آزمون مورد بررسی قرار گرفته است. فشار بالادست نازل با 4درصد خطا تطابق خوبی با مقادیر طراحی دارد. توزیع عدد ماخ با استفاده از اندازه‌گیری توزیع فشار در انتهای نازل ارائه شده است. در نهایت توزیع عدد ماخ در خروجی نازل با نتایج تحلیل عددی مقایسه شده است که خطای حدود 3 درصد را نشان می‌دهد. یکنواختی جریان در انتهای نازل که به روش عددی و تجربی مشاهده شده است، کارامدی روش طراحی بهینه نازل ماورای صوت را نشان می‌دهد.
Horvath, S. Berry, N. Merski, and S. Fitzgerald, “X-38 Experimental Aerothermodynamics”, in Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 46, no. 2, pp. 272-292, 2004.
Hannemann, J. Martinez Schramm, Stefan Brück, and José MA Longo. "high enthalpy testing and cfd rebuilding of X-38 in HEG", In Fourth Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles, 2002, vol. 487, p. 249.
Kim, S. Lee, G. Park, and J.K. Lee, “Overview of flow diagnosis in a shock tunnel”, International Journal of Aeronautical and Space Sciences, vol. 18, no. 3, pp. 425-435, 2017.
J. Stennett, D. Gildfind, P. Jacobs, R. Morgan, C. James, and P. Toniato, "The X3R Free-Piston Reflected Shock Tunnel: Australia's New Large-Scale, Long-Duration Hypersonic Testing Capability”, In 23rd AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, 2020.
Gu, and H. Olivier, "Capabilities and limitations of existing hypersonic facilities", Progress in Aerospace Sciences,vol. 113, p. 100607, 2020.
J. Bertin, R. M. Cummings, “Fifty years of hypersonics: where we've been, where we're going”, Progress in Aerospace Sciences, Vol. 39, No. 6, pp. 511-536, 2003 .
Watari, N. Hirabayashi, T. Koyama, S. Nagai, S. Tsuda, H. Sekine, T. Yamazaki, and K. Nakakita, "Flow qualities of JAXA hypersonic wind tunnel facilities", In 14th AIAA/AHI Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, 2006, p. 8047.
S. Craddock, "Computational optimization of scramjets and shock tunnel nozzles", PhD dissertation, University of Queensland, 1999.
Malekipour, M. Mohammadi-Amin, I. Bahman-Jahromi, and M. Ebrahimi, “Toward a Low Noise Shock Tunnel Facility via Multiobjective Optimization of Hypersonic Nozzle”, Journal of Aerospace Engineering, vol. 34, no. 5, p. 04021059, 2021.
Pope, K. L. Goin, “High-speed wind tunnel testing”, in Wiley, 1965.
Grossir, S. Paris, K. Bensassi, and P. Rambaud. "Experimental characterization of hypersonic nozzle boundary layers and free-stream noise levels", in 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2013, p. 1130.
Tanno, T. Komuro, K. Sato, K. Itoh, M. Takahashi, and K. Fujii, “Measurement of hypersonic boundary layer transition on cone models in the free-piston shock tunnel HIEST”, In47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2009, p. 781.
A. Standard, “Assessment of wind tunnel data uncertainty”, in AIAA S-071-1995, Washington DC, 1995.
McGilvray, P.A. Jacobs, R. G. Morgan, R. J. Gollan, and C. M. Jacobs, "Helmholtz resonance of pitot pressure measurements in impulsive hypersonic test facilities", AIAA Journal, vol.47, no. 10, pp. 2430-2439, 2009.
A. Engblom, D. B. Goldstein, D. Ladoon, and S. Schneider, “Fluid Dynamics of Hypersonic Forward-Facing Cavity Flow”, AIAA Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 34, no. 4, pp. 437–444, 1997.
G. Keith, and J. E. John. "Gas dynamics", Pearson, 2006.
P. Schneider, “Development of hypersonic quiet tunnels”, Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 45, no. 4, pp. 641-664, 2008.
Bahman-Jahromi, M. Ebrahimi, and K. Ghorbanian, “Reflected shock tube experiments on aeroacoustic signature of hot jets”, Journal of Mechanical Science and Technolog, vol. 31, pp. 3811–3820, 2017.
O. Bohachevsky, and R. N. Kostoff. "Supersonic flow over convex and concave shapes with radiation and ablation effects", AIAA Journal,vol.10, no. 8, pp. 1024-1031, 1972.
W. Ladoon, S. P. Schneider, and J. D. Schmisseur, "Physics of resonance in a supersonic forward-facing cavity", Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 35, no. 5, pp. 626-632, 1998.
)
