ژانویه 16, 2021

بهبود عملکرد

Separated Region
Secondary Injection
Oblique Shock
طرح کلی مفهومی از نازل کنترل به وسیله موج شوک
روش اُریب کردن گلوگاه
یکی دیگر از روش های جهت دهی بردار نیروی پیشران روش جابجایی و یا اُریب کردن گلوگاه می باشد. تغییر سطح مقطع گلوگاه به منظور کنترل بردار پیشران و نیز عملکرد بهتر نازل، با تجهیزات مکانیکی کار بسیار پیچیده ایی بوده و به همین علت کنترل گلوگاه به روش سیالی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این روش با استفاده از تزریق جریان ثانویه در نزدیکی یا در خود گلوگاه منجر به انحراف خط صوتی و سپس منحرف کردن جریان می شود. تزریق سیال در این قسمت مانع از واکنش شکل گیری موج های شوک می گردد و این چنین جریانی به طور موثر آیزنتروپیک است [23و26]. تزریق یک جریان جرمی ثانویه در گلوگاه سبب تغییر گلوگاه از مینیمم هندسی به مینیمم آیرودینامیکی می شود، به این معنی که در یک حالتی که جهت دهی رخ نمی دهد صفحه صوتی و یا گلوگاه در کمترین مساحت هندسی از نازل رخ می دهد اما در حالتی که جهت دهی بردار پیشران صورت می گیرد، جریان هوای ثانویه یک صفحه مینیمم آیرودینامیکی مایل جدید به وجود می آورد، که سبب تغییر محل گلوگاه از مینیمم مساحت هندسی به مینیمم مساحت آیرودینامیکی جدیدی که به وجود آمده است می شود. همچنین تزریق نامتقارن جریان ثانویه سبب اریب شدن صفحه صوتی شده که از اینرو باعث افزایش عملکرد و جهت دهی بردار پیشران می شود. به این ترتیب صفحه سرعت صوت که در حالت معمول دقیقاً در گلوگاه ایجاد می شود چرخیده و موجب ایجاد عدم تقارن در جریان می شود. شماتیکی از این نازل در ‏شکل (1-8) نشان داده شده است. همانطور که در این شکل دیده می شود جریان ثانویه‌ای از طریق سوراخ های تعبیه شده در گلوگاه نازل، به منظور کاهش سطح مقطع گلوگاه به داخل آن پاشیده می‌شود. این جریان با افزایش ضخامت لایه مرزی موجب کاهش سطح مقطع مفید گلوگاه می‌شود. برای نصف کردن ضخامت گلوگاه می توان فشار و نرخ جریان جرمی ثانویه پاشیده شده در گلوگاه را تغییر داد. در این روش چرخش جریان در محدوده مادون صوت در ناحیه جلوتر از گلوگاه جدید اتفاق می افتد و از اینرو چرخش جریان مادون صوت تلفات رانش را به حداقل می رساند و بنابراین برخلاف روش کنترل به کمک موج شوک اتلاف کمتری خواهد داشت [18].
در نتیجه این روش، به علت ایجاد فشار نامتقارن بر روی سطوح نازل باعث کنترل زاویه بردار پیشران جریان خروجی اولیه می شود. شکافی که جریان ثانویه از آن طریق به داخل گلوگاه پاشیده می شود یکی از پارامتر های مهم در ایجاد اختلاف بین حالت متقارن و نامتقارن می باشد، بدین صورت که اگر بخواهیم سطح گلوگاه را کم کنیم، جریان از همه سوراخ های گلوگاه به شکل متقارن تزریق می شود. درصورتی که کنترل نیروی پیشران همراه با کاهش سطح گلوگاه مد نظر باشد لازم است جریان بطور نامتقارن از سوراخ های اطراف گلوگاه تزریق شود (از یک سمت گلوگاه تزریق می کنیم). برای افزایش قابلیت چرخش بردار پیشران، بخشی از جریان گلوگاه کمی جلوتر در بالک های نازل تزریق می شود (نزدیک خروجی نازل) که این امر باعث چرخش بیشتر صفحه صوت می شود. برای ایجاد کنترل بردار پیشران در شرایطی که سطح گلوگاه هم چندان عوض نشود، این بخش جریان از یک طرف گلوگاه به سمت دیواره مقابل قسمت واگرای نازل پاشیده می شود. اکنون هرچه از نرخ جریانی که از گلوگاه تزریق می شود کم و به جریانی که به سمت بالک پاشیده می شود اضافه کنیم، سطح موثر گلوگاه بزرگتر می شود. جریان مورد نیاز برای تامین جریان ثانویه از یکی از طبقات کمپرسور یا یک محل پرفشار دیگر تامین می شود. بهبود عملکرد نازل در این شرایط بستگی به یک تحلیل پارامتری از جمله بررسی هندسه، ابعاد شکاف ها، فشار اعمالی و نرخ جریان خروجی دارد. با توجه به اینکه تعداد این پارامترها زیاد است برای جمع آوری اطلاعات کافی دریک مورد خاص نیاز به تعداد زیادی آزمایش و صرف هزینه قابل توجهی است [14و 24].
Skewed Sonic Plane
Skewed Sonic Plane
Sonic Plane
Sonic Plane
شماتیک روش جابجایی و اُریب کردن گلوگاه
در حالتی دیگر ترکیب روش جابجایی و یا اُریب کردن گلوگاه با حفره های فرورفته بررسی شده است. در این روش توانایی جهت دهی بردار پیشران از طریق ایجاد گردابه درون حفره ها وجود دارد. در نازل با گلوگاه دوگانه از طریق به حداکثر رساندن تفاضل فشار ناشی از جریان های چسبیده و جدا شده در ناحیه حفره های گود می توان به راندمان بالاتر از کنترل بردار پیشران دست پیدا کرد. این مورد در مرکز تحقیقات ناسا بررسی شده است [27]. ‏شکل (1-9) یک نازل با گلوگاه اُریب همراه با وجود حفره را نشان داده است.
11
11
11
11
شماتیک نازل با گلوگاه اُریب همراه با وجود حفره
اگر چه تکنولوژی اُریب کردن گلوگاه رو به بهبود است اما در رابطه با تکنولوژی کنترل بردار پیشران دارای زوایای کوچکتری در مقایسه با روش سیالی کنترل موج شوک می باشد. علاوه بر این، تجزیه همزمان جهت دهی و کنترل مساحت جت در این روش یک چالش است [15].
روش جت ترکیبی (دیافراگم نوسانی)
روش جت ترکیبی که در سال 1997 در دانشگاه جورجیا توسط اسمیت و گِلیزر ابداع شد یک روش سیالی است، که مبنی بر استفاده از عملگر جت ترکیبی برای تولید یک نیروی چرخشی به منظور چرخش جریان جت اولیه در یک جهت مورد نظر می باشد. این مدل یک روش بسیار سودمند در دستگاه های سیالاتی است که در دسته بندی روش های جهت دهی بردار نیروی پیشران قرار می گیرد. این روش با استفاده از یک دیاف
راگم نوسانی در درون یک حفره با ایجاد اختلاط جریان باعث به وجود آمدن کنترل بهتر روی لایه مرزی وآشفتگی و در نتیجه بردار نیروی پیشران می شود. مطابق ‏شکل (1-10) دیافراگم نوسانی که در درون حفره واقع شده است با ایجاد نوسان و وارد کردن فشار به سیال درون حفره باعث دمیده شدن سیال از طریقه روزنه بالا به داخل جریان شده و سپس باعث تشکیل یک صفحه گردابه ایی می گردد و بعد از چرخیدن این صفحه به بالا تبدیل به حلقه گردابی می شود.
Exit Flow