مطالعه عددی تاثیر اندازه ذرات و طول بستر کاتالیستی بر نیروی پیشران و ضربه ویژه یک رانشگر تک‌پیشرانه

Abstract

رانش‏گرهای تک‏پیشرانه با توجه به سادگی ساختمان و قابلیت اطمینان بالایی که دارند، به‏طور گسترده در ماهواره­ها مورد استفاده قرار می­گیرند. یک رانشگر تک‏پیشرانه از سه بخش انژکتور، محفظه تجزیه و نازل تشکیل شده است. پیشرانه از طریق انژکتور روی بستر کاتالیستی متشکل از ذرات کاتالیست پاشیده شده و بلافاصله تجزیه می­شود. گاز ناشی از تجزیه پیشرانه در نازل شتاب گرفته و نیروی پیشران تولید می­کند. در این تحقیق، یک رانشگر تک‏پیشرانه هیدرازینی با بستر کاتالیستی از جنس فلز فعال ایریدیم به‏صورت عددی تحلیل می­شود. معادلات حاکم بر انتقال جرم و حرارت داخل بستر کاتالیستی به صورت یک‏بعدی مدل‏سازی می­شوند. لازم به‏ذکر است که به دلیل عدم وجود تعادل شیمیایی و ترمودینامیکی بین دو فاز، معادلات انتقال جرم و حرارت جداگانه­ای مطابق تحقیق شنکار و همکارانش برای فازهای جامد و گاز نوشته شده است. همچنین، برای محاسبه نیروی پیشران و ضربه ویژه مجموعه رانشگر، نازل همگرا-واگرا به‏صورت صفربعدی تحلیل می­شود. با استفاده از این روش، تاثیر قطر ذرات بستر کاتالیستی و طول محفظه تجزیه به­عنوان دو فاکتور مهم روی عملکرد یک رانشگر نمونه بررسی می­شود. نتایج حاصل نشان می­دهند که با کاهش قطر ذرات تشکیل­ دهنده بستر کاتالیستی، طول بهینه محفظه تجزیه کاهش یافته و ضربه ویژه بیشینه تا حدودی افزایش می­یابد.