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Título: Analysis of shock dynamics in supersonic intakes
Autores: Tahir, Råbi
Fecha: 2009
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Engineering - Aerospace
Descripción: This work investigates fluid mechanical processes involving movement of shock waves inside channels. In particular, the prediction and control of shock motion in intakes is of great importance to high-speed flight and future spacecraft engines--it is a fundamental problem whose solution currently enjoys a high degree of interest. In the first part of the thesis, an analytical, numerical, and experimental study is performed in two-dimensions to assess the quasi-steady flow starting characteristics in an external-compression ramp-type intake. Using the popular model based on common understanding in the field and consistent with well-cited literature, it is shown that the traditional model based on one-dimensional flow across a planar shock is inaccurate. To remedy this, a novel analytical model is presented to predict off-design self-starting behaviour using a curved shock wave. The analytical results are supported by the numerical evidence from CFD simulations as well as by the experimental evidence; taken together, these results constitute overwhelming evidence supporting the arguments presented. In the second part of the thesis, an analytical and numerical study is performed in the unsteady, quasi-one-dimensional setting to assess the feasibility of predicting shock dynamics inside an intake using a simple, approximate, yet representative model. There is very little widely-available knowledge on impulsive flow starting in the literature, and there is no existing theory for analytically predicting impulsive flow starting phenomena discussed here. The well-known Chester-Chisnell-Whitham formulation is extended using a novel model (labelled lifting isentrope); it is effectively a provision for non-uniform, unsteady flow upstream of the shock wave. It is found that a singularity exists in the CCW model, which prevents its application to problems in impulsive flow starting. There is little or no literature on this singularity. To resolve these issues, a novel for
Ce travail examine des processus de la mécanique des fluides impliquant le mouvement des ondes de choc a travers des chaînes. En particulier, la prédiction et le contrôle de mouvement du choc dans les entrées d'air ont une grande importance pour le vol ultra-rapide et pour les moteurs des vaisseau spatiaux futurs--c'est un problème fondamental dont la solution attire présentement un haut degré d'intérêt. Même si les processus de démarrage et non-démarrage d’entrées d’air sont considérés bien compris au niveau conceptuel, d'importants détails restent à régler.Dans la première partie de la thèse une étude analytique, numérique et expérimentale est réalisée. L'étude est bidimensionnelle dans le but d’évaluer les caractéristiques de l'écoulement quasi-stationnaire dans une entrée d’air de type rampe avec compression externe. À l'aide d’un modèle bien-connu basé sur la compréhension commune dans le monde scientifique et selon la littérature de spécialité on montre que le model traditionnel basé sur l'écoulement unidimensionnel sur un plan de choc est inexact. Pour corriger cette situation un nouveau modèle analytique est présenté pour montrer le démarrage d’entrées d’air en utilisant une onde de choc courbe. Les résultats analytiques sont bases sur des preuves numériques obtenus des simulations CFD ainsi que par éléments expérimentales. Mises ensemble ces résultats constituent des preuves écrasantes à l'appui les arguments présentés.Dans la deuxième partie de la thèse une étude analytique et numérique est réalisée sur le sujet de l'écoulement instable, quasi-unidimensionnel. Le but est d’évaluer la faisabilité de la prédiction de la dynamique des chocs dans une entrées d’air en utilisant un modèle e simple, approximatif mais représentative.Il n’y a pas beaucoup des études et connaissances sur le démarrage impulsive d’entrées d’air disponibles et il n’existe pas une théori
Idioma: en