用于验证CFD码的基准数据,用于模拟NASA航天飞机主发动机在升空时引起的流量

       2005年初,Dantec Dynamics签约支持NASA提供基准数据,用于验证CFD代码,模拟起飞时航天飞机主发动机引起的流动。

       随着航天飞机返回飞行的临近,美国宇航局马歇尔太空飞行中心(MSFC)的工程师正在努力确保安全返回飞行。

       美国宇航局的马歇尔太空飞行中心是航天飞机推进办公室的所在地,负责航天飞机的三个主要元素。在短短8分钟内,这些航天飞机主发动机(SSME),外部燃料箱和固定火箭发动机的双固体火箭助推器 - 发射并加速轨道飞行器的轨道速度为17,500英里/小时:25倍比声速快。

       在发射过程中,三个主发动机中的每一个都产生超过375,000磅的推力:是商用喷气式飞机上飞行的最大发动机的四倍。

 

 

升空垫上航天飞机的仿真

       作为返回飞行(RTF)计划的一部分,MSFC正在进行CFD分析,以定义升空时梭式堆栈周围的速度流场。

       CFD预测的速度流场将用于碎片跟踪分析(DTA)。喷嘴/羽流引起周围环境的流动。预计差价合约将过度预测羽流引起的流量。因此,DTA将倾向于预测更多碎片影响,主要是由于过度预测碎片速度(和动能)。

       升空DTA同行评审(2004年11月)建议升空DTA团队量化由CFD过度预测羽流引起的流量引起的DTA的不确定性。为此,升级DTA团队需要羽流诱导流量('夹带')的基准质量数据,以量化CFD精度和对DTA的影响。

       因此,启动了一项综合测试计划,以提供截至2005年2月底喷嘴流量耗尽静止自由流的羽流诱导流量的CFD基准质量测试数据。

       BAE Systems / Dantec Dynamics团队与MSFC工程师签订了合同,以获得所需的基准质量数据。

 

 

SSME在升空时飙升

改进的MSFC喷嘴测试设施

MSFC喷嘴测试设施

团队照片

       测试方法需要修改MSFC现有的喷嘴测试设施(NTF)。NTF设置用于测试单元内部的测试。这种测试安排将使复制“静止自由流”并测量和获得羽流诱导流的质量测试数据变得非常困难。

 

 

       为了在所需的流动条件下获得所需的数据,将喷嘴测试位置向下游移动到满足“静止自由流”的新测试位置,并且还使得更容易获得测试数据。

 

 

 

 

 

 

       选择了两个喷嘴几何形状。第一个是贝尔喷嘴,它提供类似于SSME的羽流结构。第二个是Stratford或'Sonic'喷嘴。它与历史羽流扩展数据相关联,为CFD提供了更简单的“单位物理”基准,并提供了具有不同流量扩展的第二个数据集,因此提供了不同的诱导流量。

 

 

 

 

 

 

用于测试喷嘴的羽状结构的探针

贝尔喷嘴

       Schliere,基于雾的流动可视化,粒子图像测速(PIV)和诱导流场速度的热膜风速测量。 

       PIV数据是此测试的最高优先级数据集。它为CFD基准数据提供了最佳分辨率。Dantec Dynamics签订合同,提供技术专业知识和所需的所有硬件和软件,以获得两个喷嘴几何形状的夹带流速数据。

 

 

 

 

 

PIV测量结果

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