การไหลของแก๊สและการเสียดกร่อนในปลายท่อจรวดตรวจสอบด้วยการจำลองคอมพิวเตอร์

Abstract

การออกแบบจรวดสมรรถนะสูงจำเป็นต้องมีองค์ความรู้เกี่ยวกับระบบป้องกันความร้อน ซึ่งบริเวณปลายท่อจรวด (Nozzle) จะมีชั้นของฉนวน (Insulation layer) ทำหน้าที่ป้องกันความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ (Combustion) ไม่ให้อุณหภูมิสูงเกินไปจนทำให้ชิ้นโครงสร้างโลหะเกิดความเสียหายซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของจรวดลดลง เมื่อเชื้อเพลิงจรวดเผาไหม้ ความร้อนที่เกิดจากการไหลของแก๊ส (Gas flow) จะทำให้ผิวของฉนวนดังกล่าวเกิดการเสียดกร่อน (Ablation) และเสียสภาพ (Deteriorate) ในต่างประเทศแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ (Mathematical model) อย่างง่ายได้ถูกพัฒนาขึ้นโดยอาศัยพื้นฐานของทฤษฎีการถ่ายเทความร้อน (Heat transfer), ปฏิกิริยาเคมี (Chemical reaction) และพลศาสตร์ของไหล (Fluid dynamics) เพื่อใช้อธิบายการเสียดกร่อน การไหลของแก๊ส และอุณหภูมิภายในชั้นฉนวนกับความร้อนซึ่งได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางและสามารถนำไปใช้ได้จริง ปัจจุบันด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัยทำให้จรวดถูกพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว ดังนั้นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ดังกล่าวจึงมีข้อจำกัดในการใช้งาน เพื่อหลีกเลี่ยงข้อจำกัด การจำลองคอมพิวเตอร์ (Computer simulation) ได้แก่ การวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite element analysis) และพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (Computational fluid dynamics) ได้ถูกนำมาใช้แก้ปัญหา การไหลของแก๊ส การเสียดกร่อน โครงสร้าง และปัญหาอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนในปลายท่อจรวดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นในการวิจัยเป็นการทบทวนและรวบรวมทฤษฎีที่เกี่ยวกับการออกแบบจรวดสมรรถนะสูงด้วยการจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อใช้ในการตรวจสอบการไหลของแก๊สและการเสียดกร่อนที่เกิดขึ้นในปลายท่อจรวดสำหรับประยุกต์ใช้พัฒนาระบบขับเคลื่อนต่อไป โดยผลการตรวจสอบจะรายงานในเอกสารของ สทป. ฉบับถัดไป