Análise numérica da propulsão no motor de foguete RS-25

Abstract

Este trabalho apresenta a simulação numérica da câmara de combustão e bocal do motor RS-25 no software Ansys Fluent, com o objetivo de modelar o comportamento do escoamento reativo compressível resultante da combustão do hidrogênio e verificar a força de empuxo gerada pelo motor. A partir da aplicação do modelo de turbulência 𝑘-𝜔 e adaptação do modelo WSGG para determinação dos coeficientes de absorção, foi conduzida uma análise da distribuição do número de Mach, pressão e temperatura ao longo da câmara de empuxo do motor. Por meio desta, determinou-se a localização das ondas de choque, bem como as regiões de maiores temperaturas e velocidades. Ao longo do trabalho foram realizadas simplificações para facilitar a convergência da simulação numérica. O impacto dessas simplificações foi avaliado por meio da comparação dos dados obtidos com relatórios técnicos e testes experimentais. A partir desta validação, verificou-se que os principais resultados da simulação para o escoamento na câmara de combustão e bocal foram satisfatórios.

This paper presents the numerical simulation of the combustion chamber and nozzle of the RS-25 engine in Ansys Fluent software, in order to model the behavior of the compressible reactive flow resulting from hydrogen combustion and to verify the thrust force generated by the engine. By using the 𝑘-𝜔 turbulence model and adapting the WSGG model to obtain the absorption coefficients, an analysis of the Mach number, pressure and temperature distribution along the thrust chamber of the engine was conducted. Through this, the location of the shock waves was determined, as well as the regions of higher temperatures and velocities. Throughout this study, simplifications were made to facilitate the convergence of numerical simulation. The impact of these simplifications was assessed by comparing the obtained data with technical reports and experimental tests. From this validation, it was verified that the main results of the simulation for the flow in the combustion chamber and nozzle were satisfactory.