過去30年來，太空梭發射任務的成功與否仰賴於主引擎(以下稱為SSMEs)，自從2011年NASA終止太空梭任務，SSMEs有了新的工作，成為NASA太空發射系統計畫的一部分。 對火箭引擎來說，噴嘴占了大部分的重量。在發射升空的初始階段，正確預測噴嘴的荷載，將有助於最佳化噴嘴的結構，以較輕的重量提供可靠的性能表現。噴嘴在點火之後的兩秒，開始移動，形狀改變，流經這些噴嘴的強大熱氣流，與內壁分離、移動到噴嘴內部的其他位置，且隨著環向位置而變。這會造成不平衡力，稱為側負載，噴嘴因此從圓形變成橢圓，最大的形變量可達數英寸。 此熱固流多物理場的耦合效應下，足以影響整組引擎的完整性與輸出。 專精於車輛與火箭引擎的ATA工程公司採用一套全面性的流固耦合動態分析方法。運用SIMULIA協同分析引擎(CSE)，連結Abaqus有限元素求解器以及密西根州立大學開發的CHEM計算流體力學軟體。有限元素模型部分，包含引擎萬向接頭，多向驅動器，噴嘴內的加勁結構以及噴嘴本身；CFD的模型以單一氣體來代表火箭燃料氫氧混合的特性。流固耦合的分析流程：先以CHEM計算火箭推力，將此結果轉到Abaqus，進行結構分析，再將結構的位移量反饋到CHEM，重複上述動作。 為了得到噴嘴的動態行為，先分析SSME點火時的噴嘴形狀，再依此結果接續得到噴嘴的變形量以及側負載。分析結果顯示，結構低頻反應與早先實驗觀察到的行為一致。 關鍵字：流固耦合、CHEM、SIMULIA 下載PDF