Un programme de la méthode des caractéristiques (MOC) à une dimension a été construit
pour évaluer le rejet des produits gazeux d’un moteur pulsé par des ondes de
détonation. Une comparaison avec des résultats expérimentaux et des simulations
numériques à deux dimensions a démontré que les simulations à une dimension sont assez
précises. Un algorithme semi-empirique été créé pour modéliser l’accélération d’une
flamme de déflagration et ensuite comparé à des resultats expérimentaux. Malgré des
résultats prometteurs, ils n’étaient pas suffisamment précis pour permettre la modélisation
d’une déflagration à une détonation. Des configurations différentes ont été évaluées
avec le code MOC afin de comprendre quels paramètres optimisaient le rejet de gaz. Les
paramètres modifiés ont été l’emplacement de l’initiation de la détonation, la vitesse de
remplissage, et les remplissages partiels. Chaque configuration a aussi été simulée avec
une tuyère à géométrie fixe optimisée et une tuyère à géométrie variable. Les résultats
ont démontré que l’impulsion d’un moteur avec une tuyère à géométrie variable augmente
d’au plus 15 % en comparaison à un moteur sans tuyère. L’augmentation de
l’impulsion d’un moteur avec une tuyère fixe est la moitié de celle d’une tuyère variable
avec une diminution correspondante de la poussée moyenne. Pour les conditions
initiales du mélange au repos, la différence de l’impulsion pour la détonation directe
à la tête et celle de la détonation à la sortie est négligeable. Le temps pour évacuer
la chambre était toujours plus court pour des détonations directes à la sortie. Si la
vitesse de remplissage augmente, ça devient très avantageux d’amorcer la détonation à
la sortie. Ces avantages sont une diminution minimale de l’impulsion spécifique, une
augmentation plus grande de la poussée moyenne, un temps de cyclage plus long, et une
meilleure performance avec une tuyère fixe. Des simulations avec un remplissage partiel
ont démontré qu’ils ne remplacent pas une tuyère pour récuperer les pertes. Pour des
tuyères fixes, la longueur de remplissage partielle peut être plus que la moitié de la
longueur totale avant que la poussée moyenne commence à diminuer significativement. / A one-dimensional method-of-characteristics (MOC) code was developed to examine the
venting of pulse detonation engines. Comparison with experimental results and twodimensional
computational fluid dynamics demonstrates that a reasonably accurate
level of simulation can be achieved with a single spatial dimension. A semi-empirical,
deflagrative, flame-acceleration model was also constructed and compared to experimental
results. While the results were promising, they were not sufficiently accurate
to allow for modelling of deflagration-to-detonation transition. Several configurations
were then examined with the MOC code to determine which parameters optimized the
venting of the exhaust gases. The parameters varied were the location of detonation
initiation, the filling velocity, and the distribution of reactants (partial fills). Each
configuration was also simulated with a practical, fixed-geometry nozzle that was optimized,
and a theoretical, variable-geometry nozzle. The results indicate that a variable
nozzle increases the impulse by less than 15 % over a configuration with no nozzle. The
impulse gain from a fixed nozzle is about half that of a variable nozzle, with a corresponding
decrease in average thrust. For quiescent initial conditions, the differences in
impulse between detonations initiated at the closed head and the open tail are negligible,
although tail-initiated detonations consistently provided faster blow-down times.
With increased filling velocity, tail initiated detonations provide several benefits. These
include a smaller decrease in specific impulse, a larger increase in average thrust, a
longer cycle time, and better performance with a fixed nozzle. Simulations with partial
fills showed that they do not replace nozzles in recovering losses. For fixed nozzles, the
partial-fill length can be as much as half the total length of the tube before the average
thrust begins to decrease significantly.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QQLA.2003/21167 |
| Date | 09 1900 |
| Creators | Guzik, Stephen Michael Jan |
| Contributors | de Champlain, Alain, Kretschmer, Detlef |
| Publisher | Université Laval |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Rights | Copyright Stephen Michael Jan Guzik 2003 |
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