امکان سنجی استفاده از سیستم مگنتوهیدرودینامیک برای افزایش محدوده ماخ عملیاتی یک موتور توربین‌گاز هوایی

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

3 دکتری، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

امروزه افزایش ماخ عملیاتی موتورهای توربینی هوایی مورد توجه دانشمندان قرار دارد. استفاده از انرژی مگنتوهیدرودینامیک (MHD)  سبب استفاده از موتور توربوجت در پرنده با سرعت ‌سوپرسونیک می شود. برای عملکرد موتور توربوجت در پرنده ‌های با سرعت ‌سوپرسونیک نیاز به کاهش سرعت جریان ورودی است. در این روش جدید، انرژی جنبشی زیاد جریان سوپرسونیک ورودی، به انرژی الکتریکی تبدیل شده و با کاهش سرعت جریان هوای ورودی، علاوه بر ایجاد امکان عملکرد مناسب موتور توربینی، از انرژی الکتریکی برای شتاب دادن به جریان گاز خروجی استفاده می‌ شود. در این تحقیق چرخه ترمودینامیکی یک موتور توربوجت با سیستم MHD، برای عملکرد مناسب این موتور در ماخ بالاتر از ۲، تحلیل و پارامترهای مؤثر بر تراست تولیدی و بازده، بررسی می‌ شوند. نتایج نشان می‌ دهند که اعمال میدان مغناطیسی به جریان، ضمن تامین شرایط مناسب موتور توربوجت در ماخ بالا، انرژی جنبشی جریان سرعت بالا را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و در نهایت صرف افزایش تراست می گردد و محدوده ماخ عملیاتی موتور توربوجت را افزایش می ‌دهد. نتایج حاکی از آن است که در محدوده ماخ 2 تا 4 تراست مخصوص در موتور مورد مطالعه تاN/(kg/s) ۳۴۳ افزایش می یابد.  

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] D. Musielak, “Scramjet propulsion: a practical introduction,” Wiley, 2022, doi: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119640646.
 
[2] C. Segal, “The Scramjet Engine: Processes and Characteristics,” Cambridge University Press, 2009, doi: https://doi.org/10.1017/CBO9780511627019.
 
[3] R. D. Flack, “Fundamentals of jet propulsion with applications,” Cambridge Aerospace Series, New York, Cambridge University Press, 2005, doi: https://doi.org/10.1017/CBO9780511807138.
 
[4] A. Ingenito, “Subsonic Combustion Ramjet Design,” Springer International Publishing, 2021, doi: https://citations.springernature.com/book?doi=10.1007/978-3-030-66881-5.  
 
[5] V. Patel, S. K. Kassegne, “Electroosmosis and thermal effects in magnetohydrodynamic (MHD) micropumps using 3D MHD equations,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 122, no. 1, pp. 42-52, 2007, doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.05.015.
 
[6] S. Derakhshan S, K. Yazdani, “Numerical analysis of a magnetohydrodynamic micropump performance,” Modares Mechanical Engineering, vol. 14, no. 13, pp. 251-258, 2015, [In Persian],
 
[7] M. Pourjafargholi, “The role of electrohydrodynamic and magnetohydrodynamic methods in aerospace industries,” Mechanical Engineering, vol. 27, no. 3, pp.16-24, 2017, [In Persian],
 
[8] F. Razi Astaraei, M. Samati, “New Magneto-Hydrodynamic Technology for Power Station Renewable Electricity Production,” in First National Conference on Environment, Energy and Biodefense, Tehran, Iran, 2012, [In Persian],
 
[9] M. Neghahdari, I. Shafizadeh, and A. Enayat, “Using Electromagnetic Propulsion System as Submarine Propulsion System,” 14th Marine Industries Conference, Dec. 2011, [In Persian],
https://civilica.com/doc/473676/.
[10] P. A. Davidson, “Introduction to Magnetohydrodynamics,” 2nd ed., Cambridge University Press, 2017, doi: https://doi.org/10.1017/9781316672853.
 
[11] K. Shoji and F. Jun, “Fundamentals of Astrophysical Fluid Dynamics: Hydrodynamics, Magnetohydrodynamics, and Radiation Hydrodynamics,” Springer, 2020,
 
[12] R. J. Litchford, J. W. Cole, V. A. Bityurin, and J. T. Lineberry, “Thermodynamic Cycle Analysis of Magnetohydrodynamic-Bypass Hypersonic Airbreathing Engine,” NASA/TP-2000-210387, 2000,
 
[13] I. M. Blankson, and S. Schneider, “Hypersonic Engine using MHD Energy Bypass with a Conventional Turbojet,” 12th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies, AIAA–2003–6922, 15 - 19 Dec. 2003, Norfolk, Virginia, USA,
 
[14] T. L. Benyo, “The Effect of Magnetohydrodynamic MHD Energy Bypass on Specifi Thrust for a Supersonic Turbojet Engine,” 48th Aerospace Sciences Meeting, Orlando, Florida, USA, 2010,
 
[15] M. Haqparast, M. Alizadeh Pahlavani, and D. Azizi, Diako, “Finite Element Analysis of Magnetohydrodynamic Propulsion and the Effect of End Channel Electric Current on Efficiency,” Applied Electromagnetism, vol. 4, no. 2, pp. 26-37, 2015, [In Persian],
 
[16] B. Vasoogh, and H. Kargar Sharifabad, “Numerical investigation of the effect of magnetohydrodynamics on the ferrofluid inside the cylindrical channel, Mechanical and Vibration Engineering,” vol. 7, no. 3, pp.65-74, 2015, [In Persian],