โครงการวิจัยเรื่อง โครงการวิจัยและพัฒนาออกแบบ วิเคราะห์ หาค่าอากาศพลศาสตร์และทดสอบจรวด DTI ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 122 มม. เพื่อเพิ่มสมรรถนะระยะยิงหวังผลในย่านความเร็วเหนือเสียง

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อวิเคราะห์ค่าคุณลักษณะอากาศพลศาสตร์สถิตและพลวัตของจรวด DTI-2 ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 122 มิลลิเมตร โดยใช้โปรแกรม CFD และออกแบบหัวรบจรวดโดยใช้วิธีหาค่าที่เหมาะสมที่สุด Optimization Method เพื่อเพิ่มสมรรถนะระยะยิงหวังผล รวมถึงทดสอบจรวด เพื่อศึกษารูปแบบการไหลโดยใช้หลักการ Shadow Graph ในอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียงเพื่อยืนยันกระบวนการออกแบบ จากผลการวิเคราะห์และเปรียบเทียบค่าคุณลักษณะอากาศที่ได้จากการคำนวณพบว่า ผลลัพธ์ของค่าคุณลักษณะอากาศพลศาสตร์ที่ได้จากการคำนวณโดยใช้โปรแกรม CFD และการทดสอบอุโมงค์ลม มีความสอดคล้องใกล้เคียงกันคือ มีค่าความแตกต่างไม่เกิน 10 เปอร์เซ็นต์ ของค่าคุณลักษณะอากาศพลศาสตร์สถิต และไม่เกิน 15 เปอร์เซ็นต์ สำหรับค่าคุณลักษณะอากาศพลศาสตร์พลวัต ตลอดทุกค่าความเร็วที่ทำการศึกษา แสดงให้เห็นถึงความเชื่อถือได้ของค่าความถูกต้องของการวิเคราะห์ค่าคุณลักษณะอากาศพลศาสตร์โดยใช้โปรแกรม CFD จากผลลัพธ์ออกแบบจรวดอากาศใหม่โดยใช้วิธี Optimization ควบคู่กับการใช้โปรแกรม CFD พบว่า ผลลัพธ์ที่ได้คือ รูปแบบหัวรบจรวดที่ออกแบบใหม่ที่มีสมรรถนะในระยะยิงหวังผลมากขึ้น ในขณะที่ยังคงไว้ซึ่งเสถียรภาพในการเคลื่อนที่ผ่านอากาศ โดยมีค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านรวมของหัวรบที่ออกแบบใหม่โดยใช้กระบวนการหาค่าที่เหมาะสมมีค่าลดลง ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านรวมต่ำกว่าจรวด DTI-2 ที่ติดตั้งหัวรบแบบ MRV เฉลี่ยโดยประมาณ 6 เปอร์เซ็นต์ดังนั้น จากผลลัพธ์การลดลงของค่าสัมประสิทธิ์แรงต้าน แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการเพิ่มสมรรถนะในระยะยิงหวังผลของจรวดที่ออกแบบหัวรบใหม่ได้อย่างเป็นรูปธรรมเมื่อพิจารณาผลลัพธ์การทดสอบจรวด DTI-2 ทั้ง 2 รูปแบบ คือ หัวรบแบบ MRV-U แบบดั้งเดิม และหัวรบที่ออกแบบใหม่ ในอุโมงค์ลมความเร็วเหนือเสียง โดยใช้หลักการ Shadow Graph พบว่ารูปแบบการไหลของกระแสอากาศ จากการทดสอบในอุโมงค์ลมกับผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณด้วยโปรแกรม CFD มีความสอดคล้องใกล้เคียงกันมาก โดยมีค่าความแตกต่างไม่เกิน 2 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ผลการทดสอบในการวัดค่ามุมคลื่นอัดตัวบนหัวรบจรวดทั้ง 2 รูปแบบ แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มของการลดความรุนแรงของคลื่นอัดตัวของรูปทรงหัวรบที่ออกแบบใหม่ได้อย่างชัดเจน ซึ่งการลดความรุนแรงของคลื่นอัดตัวจะส่งผลโดยตรงต่อการลดลงของแรงต้านรวม

The purpose of this research is to analyze the static and dynamic aerodynamic characteristics of the 120 mm DTI-2 rocket by using Computational Fluid Dynamics (CFD). Optimization method is also employed to design the warhead of DTI-2 rocket for enhancing the aerodynamic range performance. In addition, the new optimum warhead design and the benchmark warhead are tested in supersonic wind tunnel to ensure the accuracy of computational processes. The analysis results show that the static and dynamic aerodynamic coefficients are agree well with the available wind tunnel data. They are within 10% and 15% for static and dynamic aerodynamic coefficients, respectively throughout the whole range of operating Mach number. For the optimization processes, the optimization result show that the new warhead design provides lower drag results when compared with the benchmark MRV-U warhead, while remain statically and dynamically stable. The optimum design total drag is reduced about 6%. The lower drag can be clearly representing the possibility of enhancing the range performance of the optimum design. In terms of the wind tunnel testing, the flow over two different models: benchmark MRV-U warhead and Optimum warhead were visualized by using shadow graph method. The test result show that a good agreement can be observed between simulation results and wind tunnel data. There are within 2% difference in the shock wave angle. The lower shock wave angle over the optimum design represents the alleviation of strong shockwave, which consequently provides lower total drag.