نوع مقاله : مقالة تحقیقی (پژوهشی)
نویسندگان
1 دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
2 دانشکدة مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
چکیده
هدف اصلی این مقاله، ارائة روش تکاملی الگوریتم ژنتیک برای بهینهیابی پارامترهای اصلی موتور سوخت مایع سیکل بسته است. بر مبنای همین الگوریتم بهینهیابی، مدارهای جدید با سیکلهای ترمودینامیکی بهبود یافته و تعیین میزان کارآیی آنها مشخص شدهاند. هدف اصلی این بهینهیابی، دستیابی به بالاترین سرعت نهایی ماهوارهبر است که با دقت بسیار بالایی همارز با نسبت ضربة ویژه است. در این تحقیق، راهبرد استفاده از بوستر توربوپمپ و پمپ سوخت مرحلة دوم به عنوان مدارهای مختلف موتور به چالش کشیده شده است. استفاده از بوستر توربوپمپ و پمپ سوخت مرحلة دوم از یک طرف باعث افزایش وزن مجموعة موتور و از طرف دیگر با افزایش فشار ورودی پمپها و کاهش فشار مخازن، کاهش جرم مخازن و در نهایت کاهش جرم مجموعه موتور را به دنبال دارد. همین تعارض در بهکارگیری این زیرسیستمها، منجر به ارائة یک مسئلة بهینهیابی بر مبنای مدار موتور میشود. برای این مسئله بهینهیابی قیودی چون، محدودیت افزایش فشار محفظه، دور توربین و به تبع آن فشار خروجی پمپها وجود دارند که در الگوریتم بهینهیابی اعمال شده است. نتایج بهدست آمده نشان میدهد که تأمین دبی سوخت مولد گاز از پمپ سوخت مرحلة دوم و تقسیم دبی خروجی بوستر توربین سوخت به پمپ سوخت مرحلة دوم و محفظة احتراق در افزایش سرعت نهایی ماهوارهبر نقش بسزایی دارد.
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
Optimization of Schematic and Parameters of Staged Combustion Launch Vehicle Liquid Engines
نویسندگان [English]
- Davood Ramesh 1
- Sajad Khodadadiyan 2
- Hasan Karimi 1
1 Faculty of Aerospace Engineering, Khajeh Nasir al-Din Tusi University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Bu Ali Sina University, Hamadan, Iran
چکیده [English]
The purpose of this paper is to present a genetic algorithm (as a software) to optimize engine main parameters through the application of "genetic algorithm" and also introduced the new and modified thermodynamic cycles with analysing their performance. This software objective function is to achieve the highest and optimum level of 'final velocity'. In this study, the strategy of using fuel booster turbopump and 2nd stage fuel pump is followed primarily to moderate the effect of cavitation on pumps. Although the use of boosterpumps increase the weight, arise pumps' rpm and possibility to reduce the tanks pressure came with a decrease in weight of propulsion system. The developed software is applied to Russian RD-180 engine in construction of propulsion system of first stage of ATLAS IIIB LV, and experimental results have been demonstrating the improvement of engine performance which results from a multi-variable sensitivity study on a staged-combustion engine will be highlighted. This algorithm is under the limitation of constraints to control the critical variation of combustion pressure, turbine rpm, and pumps cavitation margin and turbine temperature. Results show that, supply flow rate of gas generation from 2nd stage of fuel pump and divide flow rate of exhaust of fuel booster turbine to 2nd stage of fuel pump and combustion chamber, will increase the final velocity of launch vehicle.
کلیدواژهها [English]
- Design optimization
- Staged combustion
- Thermodynamic cycle
- Booster turbopump
- Impulse
- Genetic algorithm