طراحی سامانههای فضایی: فضاپیماها، ماهوارهها، ایستگاههای فضایی وتجهیزات آنها
محمد رزمجویی؛ محمد شهبازی؛ فتح الله امی
دوره 14، شماره 2 ، تیر 1400، ، صفحه 1-26
چکیده
این مقاله شامل گسسته سازی معادلات و تهیه یک برنامه کامپیوتری برای آنالیز جریان گاز در محفظه و نازل همگرا-واگرا با دیواره عایق فناشونده می باشد. شرایط مرزی فرض شده در نازل کاملاً مشابه یک نازل واقعی میباشد. به این منظور ابتدا با روابط ریاضی مربوطه پروفیل نازل مخروطی و رائو طراحی شده است و برای حل جریان در نازل همگرا-واگرا از ...
بیشتر
این مقاله شامل گسسته سازی معادلات و تهیه یک برنامه کامپیوتری برای آنالیز جریان گاز در محفظه و نازل همگرا-واگرا با دیواره عایق فناشونده می باشد. شرایط مرزی فرض شده در نازل کاملاً مشابه یک نازل واقعی میباشد. به این منظور ابتدا با روابط ریاضی مربوطه پروفیل نازل مخروطی و رائو طراحی شده است و برای حل جریان در نازل همگرا-واگرا از روش صریح مک کورمک استفاده شده است. معادلات انتقال حرارت و جرم در دو بعد در بدنه و عایق مورد نظر در نظر گرفته شده است. برای حل این معادلات از روش حجم محدود و از روش ضمنی برای وابستگی زمانی استفاده شده است. همچنین معادله تجزیه که به فرم آرنیوس نوشته شده با استفاده از رانگ-کوتای مرتبه 4 حل شده و چگالی و شار جرمی گاز تولیدی در هر گام زمانی بدست آمده است. سپس در ادامه به بررسی فناشوندگی در یک نازل همگرا-واگرای مخروطی در دو حالت متفاوت با و بدون فناشودگی زغال پرداخته شده و نتایج با همدیگر مقایسه شده و برای حل مش غیرمتعامد در نازل همگرا-واگرا از روش Over-Relaxed استفاده شده است. در نهایت با در نظر گرفتن پروفیل نازل رائو برای یک موتور واقعی توزیع دما و چگالی بدست آمده است. نتایج شبیه سازی مورد نظر با تست تجربی انجام شده مقایسه شده است. که نتایج حاصله نشان از دقت قابل قبول کد نوشته شده در عایق کربن اپوکسی میباشد.
طراحی سامانههای فضایی: فضاپیماها، ماهوارهها، ایستگاههای فضایی وتجهیزات آنها
علیرضا محمدی؛ فتح الله امی
دوره 13، شماره 4 ، دی 1399، ، صفحه 15-23
چکیده
در این پژوهش، مطالعه عددی بر روی مشخصات افشانه یک انژکتور دوپایه ترکیب داخلی دو فاز به کمک روش لاگرانژی در فضای گسسته صورت گرفته است. برای بررسی انژکتور، معادلات اویلری برای جریان دوفازی داخل انژکتور و معادلات لاگرانژی برای مدلسازی جریان دوفازی خارج انژکتور به کار گرفتهشده و از روش توربولانسیK-ɛ برای تعیین انرژی توربولانس ...
بیشتر
در این پژوهش، مطالعه عددی بر روی مشخصات افشانه یک انژکتور دوپایه ترکیب داخلی دو فاز به کمک روش لاگرانژی در فضای گسسته صورت گرفته است. برای بررسی انژکتور، معادلات اویلری برای جریان دوفازی داخل انژکتور و معادلات لاگرانژی برای مدلسازی جریان دوفازی خارج انژکتور به کار گرفتهشده و از روش توربولانسیK-ɛ برای تعیین انرژی توربولانس استفاده شده است. در این پژوهش آب به جای سوخت و نیتروژن به عنوان فاز گازی انتخاب شده و با تنظیم نسبت دبی جرمی نیتروژن به آب معادل32/0 و متعاقب آن بدست آمدن زاویه پاشش 26درجه، مشخصات قطرات بررسی شده و با نتایج روش ماکزیمم آنتروپی مورد مقایسه قرار گرفته است. سپس مشخصات ذرات با تغییر مقادیر ورودی فازهای مایع و گازی بررسی شده و بر اساس آن امکان بهینه سازی انژکتور برای شرایط راندمان حداکثری از منظر قطر قطرات، سرعت قطرات و میزان نفوذ با مدلسازی عددی و با نیاز حداقلی به نتایج تجربی فراهم شده است.
طراحی سامانههای فضایی: فضاپیماها، ماهوارهها، ایستگاههای فضایی وتجهیزات آنها
محمد رزمجویی؛ محمد شهبازی؛ فتح الله امی
دوره 13، شماره 2 ، تیر 1399، ، صفحه 13-35
چکیده
در این مقاله، به بررسی انتقال حرارت و فناشوندگی عایق های حرارتی در بدنه راکت موتورهای سوخت جامد پرداخته شده است. بنابراین با گردآوری و حل معادلات مربوط به عایق های فناشونده، یک برنامه کامپیوتری با استفاده از نرم افزار متلب تهیه شده که قادر است تحت شرایط عملیاتی مختلف، پاسخدهی حرارتی عایق ها را پیش بینی کرده و عملکرد ...
بیشتر
در این مقاله، به بررسی انتقال حرارت و فناشوندگی عایق های حرارتی در بدنه راکت موتورهای سوخت جامد پرداخته شده است. بنابراین با گردآوری و حل معادلات مربوط به عایق های فناشونده، یک برنامه کامپیوتری با استفاده از نرم افزار متلب تهیه شده که قادر است تحت شرایط عملیاتی مختلف، پاسخدهی حرارتی عایق ها را پیش بینی کرده و عملکرد این عایقها را با همدیگر مقایسه کند. معادلات انتقال حرارت و جرم در دو بعد در یک جسم جامد در نظر گرفته شده است. برای حل این معادلات از روش حجم محدود و از روش ضمنی برای وابستگی زمانی استفاده شده است. معادله تجزیه که به فرم آرنیوس نوشته شده با استفاده از روش رانگ-کوتا حل شده و چگالی و شار جرمی گاز تولیدی در هر گام زمانی بدست آمده است. همچنین مدلی برای لحاظ نرخ پسروی ارائه شده است. نتایج این تحقیق نشان میدهد که افزایش کارایی عایقهای حرارتی به واسطه افزایش ضخامت لایه ها، گرمای تجزیه و فناشوندگی، شدت واکنش و نیز کاهش ضریب نفوذ گرمایی، چگالی زغال و دمای فناشوندگی حاصل میشود و بر این اساس یک عایق ایده آل نیز معرفی شده است. اعتبارسنجی مدل با نتایج تجربی رایز در عایق سیلیکافنولیک مقایسه شده، همچنین نتایج تست تجربی انجام شده با در نظر گرفتن عایق کربن اپوکسی نشان از انطباق خوب نتایج حاصل از شبیه سازی با مشاهدات تجربی می باشد.
فتح اله امی؛ دومان پوررجب صوفیانی؛ داوود دومیری گنجی؛ سید حسین موسوی
دوره 13، شماره 1 ، فروردین 1399، ، صفحه 1-11
چکیده
در این تحقیق سعی شده با توجه به مشخصات جریان بالادست و بدون نیاز به اندازهگیری تجربی، توزیع قطر و سرعت تعیین -گردد. در ابتدا با استفاده از نرم افزار فلوئنت، جریان توربولانس داخل نازل به وسیله مدل دو معادلهای k-ε شبیهسازی شده و انرژی توربولانس نازل در خروجی نازل تعیین میگردد، سپس با استفاده از تحلیل رشد غیرخطی اغتشاشات طول ...
بیشتر
در این تحقیق سعی شده با توجه به مشخصات جریان بالادست و بدون نیاز به اندازهگیری تجربی، توزیع قطر و سرعت تعیین -گردد. در ابتدا با استفاده از نرم افزار فلوئنت، جریان توربولانس داخل نازل به وسیله مدل دو معادلهای k-ε شبیهسازی شده و انرژی توربولانس نازل در خروجی نازل تعیین میگردد، سپس با استفاده از تحلیل رشد غیرخطی اغتشاشات طول شکست افشانه و فرکانس حداکثر ناپایداری تعیین گشته و در نتیجه آن قطر میانگین شکست اولیه تعیین میگردد. همچنین مدل ماکزیمم انتروپی چهارمعادلهای با توجه به ورودی جریان بالادست توسعه یافته و در ادامه ترمهای چشمه ممنتوم و انرژی مدل ماکزیمم انتروپی با استفاده ازنتایج شبیهسازی جریان توربولانس نازل و تحلیل ناپایداری تعیین میگردد. در ادامه نتایج مدل ماکزیمم انتروپی ابتدا با ورودیهای تجربی ارزیابی شده و سپس نتایج مدل با ورودی جریان بالادست تعیین میگردد. این نتایج نیز با نتایج تجربی مقایسه گردیده که همخوانی مناسبی را نشان میدهد
مهندسی فضایی
محمد ندافی پور میبدی؛ حسن ناصح؛ فتح الله امی
دوره 12، شماره 4 ، دی 1398، ، صفحه 35-46
چکیده
در حال حاضر، تعداد نمونه مورد نیاز برای رسیدن به دقت تحلیل حساسیت معین در طراحی، براساس روشهای سعی و خطا در طراحی صورت میپذیرد. هدف این مقاله، توسعه روشی برای تعیین تعداد نمونه مورد نیاز براساس معیار مشخص برای رسیدن به دقت تحلیل حساسیت معین می باشد. لذا در این مقاله، یک روش تحلیل حساسیت جدید مبتنی بر طرح آزمایشات ابرمکعب ...
بیشتر
در حال حاضر، تعداد نمونه مورد نیاز برای رسیدن به دقت تحلیل حساسیت معین در طراحی، براساس روشهای سعی و خطا در طراحی صورت میپذیرد. هدف این مقاله، توسعه روشی برای تعیین تعداد نمونه مورد نیاز براساس معیار مشخص برای رسیدن به دقت تحلیل حساسیت معین می باشد. لذا در این مقاله، یک روش تحلیل حساسیت جدید مبتنی بر طرح آزمایشات ابرمکعب لاتین پیشرونده و همگرایی نتایج تحلیل ارائه شده است. برای این منظور یک روش نمونهبرداری ابرمکعب لاتین پیشرونده توسعه داده شد. این رویکرد سیستماتیک منجر به تحلیل حساسیت دقیق، کارآمد و سریع در مدلهای مختلف و با تعداد پارامترهای زیاد و بازه تغییرات بزرگ شدهاست. تحلیل حساسیت روی مدل طراحی بستر کاتالیستی یک رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی به عنوان مطالعه موردی، انجام شدهاست و نتایج تحلیل حساسیت طراحی بستر کاتالیستی ارزیابی و تحلیل شده است. نتایج این تحقیق نشان میدهد که در تحلیل حساسیت مبتنی بر ابرمکعب لاتین پیشرونده با مشخص شدن کمینه جمعیت مورد نیاز برای انجام تحلیل حساسیت با دقت مشخص، هزینه محاسباتی تحلیلهای مشابه و پیچیدگیهای طراحی کاهش خواهد یافت.
محمد شهبازی؛ محمد رزمجویی؛ فتح الله امی
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1398، ، صفحه 23-41
چکیده
در این تحقیق، پسروی سطح انواع گرینهای سهبعدی به همراه بالستیک داخلی شبه یکبعدی موتورهای سوخت جامد با استفاده از تئوری مرزهای متحرک روش مجموعه سطح و بهرهگیری از روش مقاطع شبیهسازیشده تا ضمن رسیدن بهدقت بالا در شبیهسازی از زمان تحلیل پسروی گرین نیز بهطور محسوسی کاسته شود. با استفاده از روش مقاطع، گرینهای ...
بیشتر
در این تحقیق، پسروی سطح انواع گرینهای سهبعدی به همراه بالستیک داخلی شبه یکبعدی موتورهای سوخت جامد با استفاده از تئوری مرزهای متحرک روش مجموعه سطح و بهرهگیری از روش مقاطع شبیهسازیشده تا ضمن رسیدن بهدقت بالا در شبیهسازی از زمان تحلیل پسروی گرین نیز بهطور محسوسی کاسته شود. با استفاده از روش مقاطع، گرینهای سهبعدی به تعداد زیادی از سطح مقطعهای دوبعدی تبدیلشده و سپس با استفاده از تئوری منحنیهای تراز در دو بعد پسروی گرین مورد بررسی قرارگرفته است. درنهایت با استفاده از روش درونیابی، سطح سوزش گرینهای سهبعدی حاصل میشود. همچنین برای پیشبینی فشار درون موتور و نرخ سوزش موردنظر یک کد بالستیک داخلی بهصورت شبه یکبعدی نوشته و با کد تحلیل پسروی گرین کوپل شده است. پدیدة سوزش فرسایشی نیز پدیدهای مهم در موتورهای سوخت جامد، بهحساب میآید. در این تحقیق، با در نظر گرفتن سوزش فرسایشی بر اساس مدل سادرهلم، محفظهی احتراق به المانهایی تقسیمبندی میشود و روابط بالستیک داخلی شبه یکبعدی برای محاسبه پارامترهایی از قبیل فشار محفظه احتراق، تراست، سطح سوزش، درجه حرارت محفظه، عدد ماخ و ... در هر المان اعمال و حل میگردد. این روش از نظر نحوه پیادهسازی و میزان دقت با روشهای تحلیلی و آزمایشگاهی مقایسه شده است که بیانگر دقت بالای روش استفادهشده در تحلیل عملکرد موتورهای سوخت جامد با گرین سهبعدی است.
امیرحسین عدالت پور؛ فتح الله امی؛ زهیر صبوحی
دوره 12، شماره 1 ، فروردین 1398، ، صفحه 23-40
چکیده
در میکروموتورهای سوخت مایع دو پیشرانه از ترکیبات سوخت متعددی میتوان استفاده کرد که در این پژوهش از ترکیب احیاکننده کراسین و اکسندهی سرمازای اکسیژن مایع استفاده شده است. هدف، تحلیل عملکرد یک میکروموتور با تراست پایین به منظور امکانسنجی اولیهی استفاده از آن به عنوان پیشرانش کمکی در ماموریتهای فضایی است. به همین منظور ...
بیشتر
در میکروموتورهای سوخت مایع دو پیشرانه از ترکیبات سوخت متعددی میتوان استفاده کرد که در این پژوهش از ترکیب احیاکننده کراسین و اکسندهی سرمازای اکسیژن مایع استفاده شده است. هدف، تحلیل عملکرد یک میکروموتور با تراست پایین به منظور امکانسنجی اولیهی استفاده از آن به عنوان پیشرانش کمکی در ماموریتهای فضایی است. به همین منظور ابتدا یک میکروموتور طراحی شده و تحلیل احتراق، انتقال حرارت، جریان خروجی نازل و مقدار پارامترهای عملکردی در آن با استفاده از نرمافزار RPA انجام میشود. میکروموتورها همانند موتورهای بزرگ اجزایی چون انژکتور، صفحه انژکتور، محفظه احتراق و نازل دارند و طراحی تمام این اجزا با ذکر معادلات حاکم شرح داده میشوند. با ساخت نمونه طراحی شده و انجام تست گرم، میتوان عملکرد میکروموتور طراحی شده را به شکل دقیق مشاهده کرد و در انتها پارامترهای عملکردی محاسبه شده از نرمافزار با نتایج حاصل شده از تست گرم با هم مقایسه میشوند.
حدیثه کریمایی؛ سید مصطفی حسینعلی پور؛ فتح الله امی؛ احسان موحدنژاد؛ رضا شریف زاده
دوره 10، شماره 4 ، اسفند 1396، ، صفحه 1-7
چکیده
در این مقاله، به منظور بررسی ناپایداری سطح لایة سیال خروجی از انژکتور و بهدست آوردن مشخصه های اصلی میکروسکوپیک اسپری، یک انژکتور گریز از مرکز مورد آزمون تجربی قرار داده شد. این انژکتور از نوع جریان چرخشی میباشد و حین کارکرد، یک حفره هوا در مرکز انژکتور شکل میگیرد. بنابراین انژکتوری یک پایه اما با عملکرد دوفازی بوده و از اینرو ...
بیشتر
در این مقاله، به منظور بررسی ناپایداری سطح لایة سیال خروجی از انژکتور و بهدست آوردن مشخصه های اصلی میکروسکوپیک اسپری، یک انژکتور گریز از مرکز مورد آزمون تجربی قرار داده شد. این انژکتور از نوع جریان چرخشی میباشد و حین کارکرد، یک حفره هوا در مرکز انژکتور شکل میگیرد. بنابراین انژکتوری یک پایه اما با عملکرد دوفازی بوده و از اینرو چتر پاششی به صورت یک مخروط توخالی ایجاد مینماید. انژکتوری که مورد آزمون قرار گرفته است قبلاً در مرحلة آزمونهای عملکردی (ماکروسکوپیک) تأیید شده است. از آنجاکه تجهیزات لیزر داپلر برای اندازهگیری مشخصات اسپری، دارای تکنولوژی پیشرفته و قیمت بسیار بالایی است، در مراکز تحقیقاتی داخل کشور در دسترس نمیباشد. از اینرو تلاش شده است تا حد ممکن، این مشخصات و همچنین ناپایداری سطح لایة سیال به کمک عکسبرداری بررسی شود. لایة سیال خروجی از انژکتور دارای نوساناتی بر روی سطح است که از داخل انژکتور نشأت میگیرد. این نوسانات در اثر تقابلات آیرودینامیکی رشد کرده و در نهایت منجر به شکست لایة سیال و شکلگیری لیگامنتها میشود. طول شکست نیز از تصاویر ثبت شده قابل اندازهگیری است. به کمک عکسبرداری با دوربین پرسرعت، حرکت امواج ناپایدار بر روی لایة سیال خروجی از انژکتور و رشد آنها به خوبی دنبال شده است. همچنین، لیگامنتها در ناحیة شکست اولیه و تشکیل قطرات بلافاصله پس از شکست اولیه نشان داده شدهاند.
جواد وزیری نایین نژاد؛ فتح الله امی؛ سید حسین موسوی
دوره 10، شماره 1 ، خرداد 1396، ، صفحه 35-45
چکیده
افزودن ذرات فلزی با قطر بهینه به سوختهای جوشان موجب افزایش چگالی گازهای خروجی از دهانه موتور و در نهایت افزایش تراست سیستم میشود. از سوی دیگر، در صورت بهینه نبودن قطر ذرات افزوده، ناپایداری احتراق ایجاد میشود. از این رو جداسازی ذرات با قطر مناسب اهمیت بالایی دارد. در این پژوهش از میان روشهای مختلف جداسازی ذرات آلومینیوم ...
بیشتر
افزودن ذرات فلزی با قطر بهینه به سوختهای جوشان موجب افزایش چگالی گازهای خروجی از دهانه موتور و در نهایت افزایش تراست سیستم میشود. از سوی دیگر، در صورت بهینه نبودن قطر ذرات افزوده، ناپایداری احتراق ایجاد میشود. از این رو جداسازی ذرات با قطر مناسب اهمیت بالایی دارد. در این پژوهش از میان روشهای مختلف جداسازی ذرات آلومینیوم موجود در سوخت به بررسی عملکرد جداکنندة سیکلونی مخروطی شکل، پرداخته شده است به این منظور ابتدا شبکهبندی سیکلون با روشهای مناسبی انجام میشود و سپس نتایج عددی با آزمایشات گزارش شده در مقالات صحهگذاری میشود. با بررسی اثرات قطر، سرعت ذره و زاویة شیب میتوان دریافت که در یک قطر و سرعت ذرة مشخص، با کمتر کردن شیب سیکلون یعنی زاویة بدنة آن با افق، بازده جداسازی افزایش مییابد. همچنین هرچه مقطع ورودی ذرات آلومینیوم به سیکلون در نقطة پایینتری از بدنة سیکلون ساخته شود، بازده جداسازی بیشتر خواهد بود.
علی مهرابی؛ فتح اله امی
دوره 9، شماره 1 ، خرداد 1395، ، صفحه 59-72
چکیده
با توجه به کاربرد وسیع موتورهای پیشرانه مایع در موشکها و اهمیت تعیین پارامترهای اصلی مثل میزان پیشران ، ضربه مخصوص و میزان مصرف پیشرانه در میزان کارایی موشکها، قبل از اینکه این موتورها در شرایط عملیاتی قرار گیرند، آنها را در شرایط مختلف کارکردی مورد آزمایش قرار می دهند. از تجزیه و تحلیل نتایج این آزمایشها برای بهبود طراحی و رفع ...
بیشتر
با توجه به کاربرد وسیع موتورهای پیشرانه مایع در موشکها و اهمیت تعیین پارامترهای اصلی مثل میزان پیشران ، ضربه مخصوص و میزان مصرف پیشرانه در میزان کارایی موشکها، قبل از اینکه این موتورها در شرایط عملیاتی قرار گیرند، آنها را در شرایط مختلف کارکردی مورد آزمایش قرار می دهند. از تجزیه و تحلیل نتایج این آزمایشها برای بهبود طراحی و رفع عیبهای موتور یا گسترش برنامه ساخت موشکهای آینده استفاده میکنند. برای توسعة موتور پیشرانة مایع، انتخاب انژکتور مناسب، اولین مرحله برای بررسی بهبود پارامترهای احتراق است. با توجه به لزوم یافتن راههای مؤثر برای ارزیابی سختافزارهای موتور بدون چشمپوشی از مشخصات اصلی آنها، یکی از این راهها به کاربردن یک موتور کوچک در آزمایشها به جای موتور واقعی است. در این پژوهش فرایند طراحی و ساخت یک میکروموتور پیشرانة مایع با تک انژکتور گریز از مرکز آزمایشگاهی با نیروی پیشران نامی 300 نیوتن نیروی پیشران ارائه شده است. استارتهای اولیه با پیشرانة واقعی برای آزمایش گرم میکروموتور نامؤفق بودند. دبی کم احیاکننده نسبت به اکسیدکننده، کمبودن میزان اختلاط احیاکننده و اکسیدکننده و وجود ناخالصی در احیاکننده خود مشتعل بهعنوان دلایل عدم مؤفقیت مطرح شدند. برطرف کردن موارد مذکور به انجام آزمایشهای مؤفق و نتایج قابل قبول آن انجامید.
فتح اله امی؛ امیر کارگر؛ سید مصطفی حسینعلی پور
دوره 2، شماره 1 ، فروردین 1388، ، صفحه 51-57
چکیده
پاششبهینةانژکتورهاوتوزیعیکنواختدبیسوختدر صفحةانژکتورموتور موشک سوخت مایعازپارامترهای اساسی درتعییننیروی پیشرانشو پایداری احتراقاست. عبور هر دو سیال عامل احیاکننده و اکسیدکننده در انژکتورهای دو مؤلفه باعث می شود که بتوان بدون افزایش قطر صفحة انژکتور دبی سیال سوخت را افزایش داد که این امر موجب بالارفتن فشار گازهای حاصل از احتراق ...
بیشتر
پاششبهینةانژکتورهاوتوزیعیکنواختدبیسوختدر صفحةانژکتورموتور موشک سوخت مایعازپارامترهای اساسی درتعییننیروی پیشرانشو پایداری احتراقاست. عبور هر دو سیال عامل احیاکننده و اکسیدکننده در انژکتورهای دو مؤلفه باعث می شود که بتوان بدون افزایش قطر صفحة انژکتور دبی سیال سوخت را افزایش داد که این امر موجب بالارفتن فشار گازهای حاصل از احتراق و نیروی پیشرانش خواهد شد. دراین تحقیق تعدادیانژکتوردو مؤلفةپیچشی ویک نمونه صفحةانژکتور مسطح دایروییکموتور موشک آزمایشگاهی ساخته شده است. سپسبا استفاده از سامانة تست سرد انژکتور و صفحة انژکتور ساخته شده، مشخصههای اسپری انژکتورها و صفحة انژکتور شامل زاویة پاشش،نحوة توزیعدبیسیالدر فشارهای مختلف اندازهگیری شده است. نتایج تجربی تست سرد حاکی از آن است که مشخصههای اسپری پاشش انژکتور و صفحة انژکتور مانند زاویة پاشش، توزیع و میزان دبی و یکنواختی اسپری مطابق انتظار است.