Hide/Show Apps

Katı yakıtlı roket motorlarında üç boyutlu yakıt gerilemesi ile akışın modellenmesi

Download
2008
Aksel, Haluk M.
Coşkun, Korhan
Toker, Atılgan
Tınaztepe, Tuğrul
Katı yakıtlı roket motorlarının performansını motor içinde yapılan aerodinamik hesaplamalarla elde etmek mümkündür. Bu amaçla motor içerisindeki katı yakıtın geriye doğru yanması ve motor ile lüle içerisindeki iç akışın modellenmesi gerekmektedir. Akış hesaplarının yapılacağı kontrol hacminin oluşturulabilmesi için geriye yanma hesaplarının yapılması gerekmektedir. Katı yakıtın yanması esnasında katı ve gaz fazları arasında kalan ara yüzey, yakıta doğru yüzeye normal yönde hareket ederken, yanma sonucu oluşan yüksek basınç ve sıcaklıktaki gazlar ters yönde kontrol hacmine akmaktadır. Bu durumda çözümün ilerlemesi sırasında hareket etmekte olan yakıt yüzeyinin takip edilmesi gerekmektedir. Katı yakıtın geriye doğru yanması hızlı ilerleme yöntemi (fast marching method) ile modellenmiştir. Bu yöntemde yakıt ile gaz arasındaki arayüzün tek yöne hareket etme özelliğinden faydalanılarak üç boyutlu sabit bir tedrahedron hesaplama ağı üzerinde Eikonal tipi denklemler çözülmüştür Katı yakıtın yanmasıyla ortaya çıkan gazların katı yakıt ile lüle içerisindeki ses altı, ses civarı ve ses üstü hızlardaki üç boyutlu sıkıştırılabilen akışı, Euler denklemleri kullanılarak modellenmiştir. Uzaydaki ayrıklaştırma için hücre merkezli sonlu hacim metodu ile Roe’nun yön hassas (upwind) akı ayrımına dayalı yöntemi kullanılmıştır. İkinci dereceden doğruluk için parçalı doğrusal yeniden yapılandırmadan (piecewise linear reconstruction) yararlanılmıştır. Yeniden yapılandırma için gerekli akış değişkenlerinin gradyanları Green-Gauss yaklaşımı ile en küçük kareler yöntemi (least squares method) ile elde edilmiştir. Çözüm, 4 ile 8 noktalı üç boyutlu elemanlardan oluşan hibrid tipte hesaplama ağı üzerinde elde edilmiştir. Zaman boyutundaki ayrıştırma açık (explicit) olarak 4 kademeli Runge-Kutta yöntemi ile kapalı (implicit) olarak alt-üst simetrik Gauss-Seidel yineleme yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Yakıt yanma hızı akış çözücüsünden gelen basınca göre güncellenmektedir. Bu nedenle yakıt gerilemesini izleyen ve akışı çözen yazılımlar birbirlerini takip ederek çalıştırılmaktadır. Yazılımlardan elde edilen sonuçlar gerçek roket ateşleme verileri ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır.