Current challenges in computational fluid dynamics with regard to rocket engine thrust chamber simulation

• Autorzy: Świderski K.

Warianty tytułu

PL

Aktualne wyzwania dla komputerowej mechnaiki płynów w odniesieniu do symulacji komory spalania i dyszy silnika rakietowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aerospace industry is the first and most prevalent in the use of numerical techniques. It is worth mentioning that the beginning of CFD is dated for early 1960’s and the first successes came to prominence in the 1970’s. Creation of the CFD-service industry started in the 1980’s and its significant expansion took place in the 1990’s. In most phases of the development process the aerospace industry was driving CFD to answer to its needs. In the past decade Computational Fluid Dynamics (CFD) became a common tool in applied aerospace where many different numerical techniques are currently used. The main areas are in the geometrical definition (CAD) of the model which is to be analysed, the computational solution of the flow field (Mesh generation and CFD) including grid adaptation which may be further combined with other disciplines like shape optimisation, structural analysis and so forth. The scientific area of CFD includes technical advances for accurate numerical methods for resolving flow phenomena and realistic physical modeling of the flow itself. CFD can be defined as the analysis of systems involving fluid flow, heat transfer and associated phenomena such as chemical reactions by means of computer-based simulation. In all cases the key factor is the discrete continuum representation. With regard to rocket applications modeling and numerical simulation allows qualitative and/or quantitative analysis of processes difficult to analyse experimentally. This paper presents useful hints to handle complex flows and their setup for a successful solution and the mathematical basis behind the industrial application which allow further developments for rocket applications.

PL

Przemysł lotniczy przoduje w zastosowaniach i najszerzej wykorzystuje techniki numeryczne. Warto wspomnieć, że początki metody CFD datowane są na początek roku 1960, a jej pierwsze sukcesy zostały wyeksponowane w roku 1970. Tworzenie branży usług CFD rozpoczęło się w roku 1980 a jej znaczne rozszerzenie miało miejsce w roku 1990. W większości etapów rozwoju branży CFD przemysł lotniczy zmuszał ją do udzielania odpowiedzi na swoje pytania. W ostatnim dziesięcioleciu Computational Fluid Dynamics (CFD) stała się powszechnym narzędziem w obszarze kosmonautyki stosowanej, gdzie obecnie zastosowanie znajdują różne techniki obliczeń numerycznych. Główne obszary zastosowania metody to definicja geometrii analizowanego modelu (CAD), rozwiązania obliczeniowe w polu przepływu (generowanie siatki i CFD), w tym dostosowywanie siatki, które może być połączone dalej z innymi dyscyplinami, takimi jak optymalizacja kształtu, analiza strukturalna, itd. Obszar zastosowań naukowych CFD obejmuje rozwój dokładnych metod numerycznych do rozwiązywania zjawisk przepływu i realistyczne modelowanie fizyczne samego przepływu. Metodę CFD można określić jako analizę systemów przeprowadzaną za pomocą symulacji komputerowych z udziałem przepływu płynów, wymiany ciepła i związanych z nimi zjawisk, takich jak np. reakcje chemiczne. We wszystkich przypadkach, kluczowym czynnikiem jest dyskretna reprezentacja continuum. W odniesieniu do zastosowań techniki rakietowej, numeryczne modelowanie i symulacja pozwalają na jakościową i/lub ilościową analizę procesów, które trudno jest analizować doświadczalnie. W pracy przedstawiono wskazówki przydatne do modelowania skomplikowanych przepływów oraz ich konfigurowania, które zapewnią pomyślne ich rozwiązywanie oraz matematyczne podstawy dla zastosowań przemysłowych, umożliwiające dalszy rozwój metody dla zastosowań rakietowych.

Słowa kluczowe

EN

computational fluid dynamics CFD; rocket engine; chamber simulation

PL

komputerowa mechanika płynów; symulacja komory spalania; dysza silnika rakietowego

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2009
• Tom: Nr 5 (200)
• Strony: 183--187
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Świderski K.

• Institute of Aviation

Bibliografia

• [1] E. M. Murman, J. D. Cole.: Calculation of plane steady transonic flows. AIAA Journal. 1971.
• [2] Jameson, A.: Iterative solution of transonic flows over airfoils and wings, including flows at Mach 1. AIAA 2nd CFD Conference. 1975.
• [3] Eberle, A.: A finite volume method for calculating transonic potential flow around wings from the minimum pressure integral. NASA TM 75324. 1978.
• [4] Dyke, M. Van.: An album of fluid motion. The parabolic press, Stanford. 1982.
• [5] J. E. Melton, S. A. Pandya, J. L. Steger.: 3D Euler flow solutions using unstructured Carteand prismatic grids. AIAA Paper 93-0331. 1993.
• [6] M. Berger, R. J. LeVeque.: An adaptive Cartesian mesh algorithm for the Euler equations in arbitrary geometries. AIAA Paper 89-1930. 1989.
• [7] Boeing. Overwiew of the state-of-the-practice Liquid Propellant Rocket Engine Design, Analysissian and Test. AFOSR Conference. 2004.