Name: improving the combustion performance of a hybrid rocket engine using a novel fuel grain with a nested helical structure
Uploaded: 2021-01-18T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Improving the Combustion Performance of a Hybrid Rocket Engine using a Novel Fuel Grain with a Nested Helical Structure at JoVE.com

وقد دعم هذا العمل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (منحة رقم 11802315 و 11872368 و 11927803) والمعدات قبل البحوث مؤسسة الدفاع الوطني الرئيسية مختبر (منحة رقم 6142701190402).

1. الإعداد التجريبي والإجراءات
<ol><li>إعداد الحبوب الوقود ملاحظة: الحبوب الوقود مع بنية جديدة تتكون من جزأين، والتي تظهر في الشكل 4. كجزء رئيسيّة من الرواية حبة, ال [برفين]- أساس وقود حسابات لأكثر من 80% من الكتلة إجماليّة. ويستخدم الركيزة ABS كوقود إضافي. وقد تم إعداد هذه الحبوب...

<ol>
	<li>Boiron, A. J., Cantwell, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. , (2013).</li><li>Mazzetti, A., Merotto, L., Pinarello, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paraffin-based+hybrid+rocket+engines+applications:+A+review+and+a+market+perspective.">Paraffin-based hybrid rocket engines applications: A review and a market perspective.</a> Acta Astronautica. 126, 286-297 (2016).</li><li>Karabeyoglu, A., Zilliac, G., Cantwell, B. J., DeZilwa, S., Castellucci, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scale-Up+Tests+of+High+Regression+Rate+Paraffin-Based+Hybrid+Rocket+Fuels.">Scale-Up Tests of High Regression Rate Paraffin-Based Hybrid Rocket Fuels.</a> Journal of Propulsion and Power. 20 (6), 1037-1045 (2004).</li><li>Jens, E. T., Narsai, P., Cantwell, B., Hubbard, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. , (2014).</li><li>Kuo, K. K., Chiaverini, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Hybrid Rocket Combustion and Propulsion. , (2007).</li><li>Boardman, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 33rd Joint Propulsion Conference and Exhibit. , (1997).</li><li>Connell, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+Solid+Fuel+Combustion+in+a+Hybrid+Rocket+Motor+Using+Amorphous+Ti-Al-B+Nanopowder+Additives.">Enhancement of Solid Fuel Combustion in a Hybrid Rocket Motor Using Amorphous Ti-Al-B Nanopowder Additives.</a> Journal of Propulsion and Power. 35 (3), 662-665 (2019).</li><li>Veale, K., Adali, S., Pitot, J., Brooks, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+the+performance+and+structural+considerations+of+paraffin+wax+hybrid+rocket+fuels+with+additives.">A review of the performance and structural considerations of paraffin wax hybrid rocket fuels with additives.</a> Acta Astronautica. 141, 196-208 (2017).</li><li>Karakas, H., Kara, O., Ozkol, I., Karabeyoglu, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum. , (2019).</li><li>Di Martino, G. D., Mungiguerra, S., Carmicino, C., Savino, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+fluid-dynamic+modeling+of+the+internal+ballistics+of+paraffin-fueled+hybrid+rocket.">Computational fluid-dynamic modeling of the internal ballistics of paraffin-fueled hybrid rocket.</a> Aerospace Science and Technology. 89, 431-444 (2019).</li><li>Leccese, G., Cavallini, E., Pizzarelli, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum. , (2019).</li><li>Cardoso, K. P., Ferr&#227;o, L. F. A., Kawachi, E. Y., Gomes, J. S., Nagamachi, M. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ballistic+Performance+of+Paraffin-Based+Solid+Fuels+Enhanced+by+Catalytic+Polymer+Degradation.">Ballistic Performance of Paraffin-Based Solid Fuels Enhanced by Catalytic Polymer Degradation.</a> Journal of Propulsion and Power. 35 (1), 115-124 (2019).</li><li>Paccagnella, E., Barato, F., Pavarin, D., Karabeyo&#287;lu, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+Parameters+of+Swirling+Oxidizer+Injection+in+Hybrid+Rocket+Motors.">Scaling Parameters of Swirling Oxidizer Injection in Hybrid Rocket Motors.</a> Journal of Propulsion and Power. 33 (6), 1378-1394 (2017).</li><li>Kumar, R., Ramakrishna, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+protrusion+on+the+enhancement+of+regression+rate.">Effect of protrusion on the enhancement of regression rate.</a> Aerospace Science and Technology. 39, 169-178 (2014).</li><li>Kumar, R., Ramakrishna, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+Hybrid+Fuel+Regression+Rate+Using+a+Bluff+Body.">Enhancement of Hybrid Fuel Regression Rate Using a Bluff Body.</a> Journal of Propulsion and Power. 30 (4), 909-916 (2014).</li><li>Degges, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. , (2013).</li><li>Connell, T., Young, G., Beckett, K., Gonzalez, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> AIAA Scitech 2019 Forum. , (2019).</li><li>Whitmore, S., Peterson, Z., Eilers, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference &amp; Exhibit. , (2011).</li><li>Whitmore, S. A., Armstrong, I. W., Heiner, M. C., Martinez, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 2018 Joint Propulsion Conference. , (2018).</li><li>Whitmore, S. A., Peterson, Z. W., Eilers, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparing+Hydroxyl+Terminated+Polybutadiene+and+Acrylonitrile+Butadiene+Styrene+as+Hybrid+Rocket+Fuels.">Comparing Hydroxyl Terminated Polybutadiene and Acrylonitrile Butadiene Styrene as Hybrid Rocket Fuels.</a> Journal of Propulsion and Power. 29 (3), 582-592 (2013).</li><li>Whitmore, S. A., Sobbi, M., Walker, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. , (2014).</li><li>Whitmore, S. A., Walker, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+Model+for+Hybrid+Fuel+Regression+Rate+Amplification+Using+Helical+Ports.">Engineering Model for Hybrid Fuel Regression Rate Amplification Using Helical Ports.</a> Journal of Propulsion and Power. 33 (2), 398-407 (2017).</li><li>Creech, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting. , (2015).</li><li>Lyne, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 2018 Joint Propulsion Conference. , (2018).</li><li>Elliott, T. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. , (2016).</li><li>Armold, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. , (2013).</li><li>Armold, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. , (2014).</li><li>Fuller, J., Ehrlich, D., Lu, P., Jansen, R., Hoffman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference &amp; Exhibit. , (2011).</li><li>Lee, C., Na, Y., Lee, J. W., Byun, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+induced+swirl+flow+on+regression+rate+of+hybrid+rocket+fuel+by+helical+grain+configuration.">Effect of induced swirl flow on regression rate of hybrid rocket fuel by helical grain configuration.</a> Aerospace Science and Technology. 11 (1), 68-76 (2007).</li><li>Tian, H., Li, Y., Li, C., Sun, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regression+rate+characteristics+of+hybrid+rocket+motor+with+helical+grain.">Regression rate characteristics of hybrid rocket motor with helical grain.</a> Aerospace Science and Technology. 68, 90-103 (2017).</li><li>Hitt, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 2018 Joint Propulsion Conference. , (2018).</li><li>Wang, Z., Lin, X., Li, F., Yu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+performance+of+a+novel+hybrid+rocket+fuel+grain+with+a+nested+helical+structure.">Combustion performance of a novel hybrid rocket fuel grain with a nested helical structure.</a> Aerospace Science and Technology. 97, (2020).</li><li>McBride, J. B., Gordon, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and APPlications. , (1996).</li><li>De Zilwa, S., Zilliac, G., Karabeyoglu, A., Reinath, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. , (2003).</li><li>Franco, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regression+Rate+Design+Tailoring+Through+Vortex+Injection+in+Hybrid+Rocket+Motors.">Regression Rate Design Tailoring Through Vortex Injection in Hybrid Rocket Motors.</a> Journal of Spacecraft and Rockets. 57 (2), 278-290 (2020).</li></ol>

التقنية المعروضة في هذه الورقة هي نهج جديد باستخدام حبة الوقود ذات بنية بيضوية متداخلة. ولا توجد صعوبات في إنشاء المعدات والمرافق اللازمة. يمكن إنتاج الهيكل الهللي بسهولة عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد ، ويمكن بسهولة تنفيذ تعشيش الوقود القائم على البارافين عن طريق الصب الطرد المركزي. إنص...

هناك حاجة ملحة إلى تقنية لتحسين أداء الاحتراق لمحرك صاروخ هجين. حتى الآن، والتطبيقات العملية لمحركات الصواريخ الهجينة لا تزال أقل بكثير من تلك التي من محركات الصواريخ الصلبة والسائلة1،2. إن معدل التراجع المنخفض للوقود التقليدي يحد من تحسن أداء الدفع لمحرك الصواريخ الهجين3،4. وبالإضافة إلى ذلك، فإن كفاءة الاحتراق أقل قليلاً من كفاءة صواريخ الطاقة الكيميائية الأخرى بسبب احتراق الانتشار الداخلي5، كما هو مبين في الشكل 1. على الرغم من أن تقنيات مختلفة قد درست وطورت، مثل استخدام المنافذ المتعددة6،وتعزيز المضافات7،8،9،وقود التسييل10،11،12، دوامة حقن13، نتوءات14، وخدعة الجسم15، وترتبط هذه النهج مع مشاكل في استخدام حجم ، وكفاءة الاحتراق ، والأداء الميكانيكي ، وجودة التكرار. حتى الآن، وقد اجتذب التحسين الهيكلي للحبوب الوقود، والتي لا تحتوي على هذه العيوب، المزيد من الاهتمام كوسيلة فعالة لتحسين أداء الاحتراق16،17. ظهور الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) له برو وسيلة فعالة لزيادة أداء محركات الصواريخ الهجينة من خلال القدرة على إنتاج سريع وغير مكلف إما تصميمات الحبوب التقليدية المعقدة أو الحبوب الوقود غير التقليدية18،19،20،21 ، 22،23،24،25،26،28،29،30. ومع ذلك، أثناء عملية الاحتراق، هذه التحسينات في أداء الاحتراق يقلل مع حرق هيكل مميزة، مما أدى إلى انخفاض في أداء الاحتراق23. لقد أثبتنا أن تصميم رواية مفيد في تحسين أداء محركات الصواريخ الهجينة31. وترد تفاصيل هذه التقنية ونتائج تمثيلية في هذه الورقة.
وتتألف حبوب الوقود من الركيزة الزللية التي أدلى بها الاكريلونيتريل-بوتاديين-الستايرين (ABS) ووقود متداخل قائم على البارافين. واستنادا إلى الطرد المركزي والطباعة ثلاثية الأبعاد، تم الجمع بين مزايا الوقودين اللذين ينطويان على معدلات انحدار مختلفة. يظهر الهيكل الهليلي الخاص لحبوب الوقود بعد الاحتراق في الشكل 2. عندما يمر الغاز من خلال الحبوب الوقود، يتم إنشاء العديد من مناطق إعادة تدوير في وقت واحد في الأخايد بين ريش، وهو ما يظهر في الشكل 3. يزيد هذا بنية مميّزة على السطح داخليّة الاضطراب طاقة حركيّة ورقم دوامة في ال احتراق غرفة, أيّ يزيد التبادل من مادة وطاقة في ال احتراق غرفة. في نهاية المطاف، يتم تحسين معدل الانحدار من الحبوب الوقود رواية بشكل فعال. وقد ثبت جيدا تأثير تحسين معدل الانحدار: على وجه الخصوص، ثبت أن معدل الانحدار من الحبوب الوقود الجديدة أن يكون 20٪ أعلى من الوقود القائم على البارافين في تدفق كتلة من 4 ز / س · سم2،32.
ميزة واحدة من الحبوب الوقود مع هيكل متداخل هو أنها بسيطة لتصنيع. تتطلب عملية صب أساسا خلاط تذوب، وطاردة مركزية، وطابعة 3D. الركيزة ABS التي شكلتها الطباعة 3D يقلل كثيرا من تكلفة التصنيع. ميزة أخرى هامة وفريدة من نوعها هي أن تأثير تعزيز لا تختفي أثناء عملية الاحتراق.
تعرض هذه الورقة النظام التجريبي والإجراءات لتحسين أداء الاحتراق لمحرك صاروخ هجين باستخدام بنية حبوب الوقود الجديدة. وبالإضافة إلى ذلك، تعرض هذه الورقة ثلاث مقارنات تمثيلية لبارامترات أداء الاحتراق لإثبات جدوى هذه التقنية، بما في ذلك تردد التذبذب لضغط غرفة الاحتراق، ومعدل الانحدار، وكفاءة الاحتراق التي تتسم بالسرعة المميزة.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>Raise3D</td>
			<td>N2 Plus</td>
			<td>305 &#215; 305 &#215; 605 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D drawing software</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td>Inventor</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ABS</td>
			<td>Raise3D</td>
			<td>ABS black</td>
			<td>1.75 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera</td>
			<td>Sony</td>
			<td>A6000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon</td>
			<td>Aibeisi</td>
			<td>ATP-88AT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifugal machine</td>
			<td>Luqiao Langbo Motor Co.Ltd</td>
			<td>Custom</td>
			<td>&#8804;1450 rpm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data processing software</td>
			<td>OriginLab</td>
			<td>Origin 2020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EVA</td>
			<td>DuPont Company</td>
			<td>360</td>
			<td>binder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mass flow controller</td>
			<td>Bronkhost</td>
			<td>F-203AV</td>
			<td>0-1500 ln/min</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Melt mixer</td>
			<td>Winzhou Chengyi Jixie Co.Ltd</td>
			<td>Custom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multi-function data acquisition card</td>
			<td>NI</td>
			<td>USB-6211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraffin</td>
			<td>Sinopec Group Company</td>
			<td>58#</td>
			<td>Fully refined paraffin, Melting point&#8776;58&#8451;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PE wax</td>
			<td>Qatar petroleum chemical industry Company</td>
			<td>Custom</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slicing software</td>
			<td>Raise3D</td>
			<td>ideaMaker</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spark plug</td>
			<td>NGK</td>
			<td>PFR7S8EG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stearic acid</td>
			<td>ical Reagent Company</td>
			<td>Custom</td>
			<td>hardener</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

improving the combustion performance of a hybrid rocket engine using a novel fuel grain with a nested helical structure

يتم تقديم تقنية لتحسين أداء الاحتراق لمحرك صاروخ هجين باستخدام بنية حبوب الوقود الجديدة. وتستخدم هذه التقنية معدلات الانحدار المختلفة للباراريلونيتريل بوتاديين الستيرين والوقود القائم على البارافين، مما يزيد من تبادل كل من المادة والطاقة عن طريق تدفق الدوامة ومناطق إعادة التدوير التي تشكلت عند الأخاشق بين الفانات المجاورة. يتم استخدام تقنية الصب الطرد المركزي ليلقي الوقود القائم على البارافين في الركيزة الستايرين الاكريلونيتترية بوتادين التي أدلى بها الطباعة ثلاثية الأبعاد. باستخدام الأكسجين كما المؤكد، وأجريت سلسلة من الاختبارات للتحقيق في أداء الاحتراق من الحبوب الوقود رواية. بالمقارنة مع الحبوب الوقودية القائمة على البارافين، أظهرت حبوب الوقود ذات الهيكل الهليلي المتداخل، والتي يمكن الحفاظ عليها طوال عملية الاحتراق، تحسناً كبيراً في معدل الانحدار وإمكانات كبيرة في تحسين كفاءة الاحتراق.

ويبين الشكل 7 التغيرات في ضغط غرفة الاحتراق ومعدل التدفق الكتلي المؤكد. لتوفير الوقت اللازم لتنظيم التدفق ، يدخل المؤكد غرفة الاحتراق مقدمًا. عندما يقوم المحرك ببناء الضغط في غرفة الاحتراق، ينخفض معدل تدفق كتلة الأكسجين بسرعة ثم يحافظ على تغيير ثابت نسبيًا. خلال عملية الا?...

Watch this Scientific Journal Video about Improving the Combustion Performance of a Hybrid Rocket Engine using a Novel Fuel Grain with a Nested Helical Structure at JoVE.com

Improving the Combustion Performance of a Hybrid Rocket Engine using a Novel Fuel Grain with a Nested Helical Structure

يتم تقديم تقنية استخدام الحبوب الوقود الصلب مع بنية الرواية المتداخلة الهليلة لتحسين أداء الاحتراق من محرك صاروخ هجين.

تحسين أداء الاحتراق لمحرك صاروخ هجين باستخدام حبة وقود رواية ذات بنية بيضوية متداخلة

A technique to improve the combustion performance of a hybrid rocket engine using a novel fuel grain structure is presented. This technique utilizes the ...

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على السؤال حول كيفية تحسين أداء احتراق الحبوب. المزايا الرئيسية لهذا البروتوكول هو أن هيكل الهليلة الحبوب الوقود لن تختفي مع عملية الاحتراق. ويمكن أيضاً تطبيق هذه الطريقة على صيغة الحبوب مع مجموعات مواد مختلفة مثل EBS وPUX.تبدأ من خلال إعداد الستيرين الاكريلونيتريل بوتاديين، أو الركيزة ABS، وذلك باستخدام البرمجيات 3D. حفظ بنية الركيزة 3D كملف STL. ثم افتح برنامج التقطيع ثلاثي الأبعاد وقم باستيراد الهيكل.انقر فوق بدء التقطيع وحدد وضع الطباعة بسرعة من القالب الرئيسي. انقر نقرا مزدوجا فوق السرعة. ثم تغيير كثافة الردم إلى 100٪ وحدد طوف مع تنورة لإصدار منصة.انقر فوق حفظ وإغلاق ثم انقر فوق شريحة. قم بتشغيل الطابعة ثلاثية الأبعاد ثم قم باستيراد ملف شريحة الركازة ABS. تعيين درجة حرارة السرير ساخنة والفوهة إلى 100 و 240 درجة مئوية على التوالي.انقر فوق بدء الطباعة بعد التثبيت. لضمان نجاح الطباعة، ضعي الغراء الصلب على اللوحة الساخنة لزيادة التصاق بين الركيزة ABS والصحن الساخن. لإعداد الوقود القائم على البارافين إعداد المواد الخام من البارافين، شمع البولي إيثيلين، حمض steric، خلات الفينيل الإيثيلين ومسحوق الكربون.تكوين الوقود القائم على البارافين وفقا لاتجاهات المخطوطات ووضع المواد المكونة في الخلاط تذوب. ثم تذوب وتقلب لهم حتى مختلطة تماما. ضع الركيزة ABS في جهاز الطرد المركزي وآمن به بغطاء نهاية.سد العجز في مسحوق وتشغيل مفتاح مضخة تبريد المياه. ثم قم بتشغيل جهاز الطرد المركزي وقم بزيادة السرعة إلى 1,400 دورة في الدقيقة. فتح صمام على خلاط تذوب وبدء الصب.إزالة الحبوب الوقود وتقليم الشكل. قياس وتسجيل الوزن، وطول وقطر الداخلية للحبوب الوقود كاملة وتصويره. لتجميع محرك الصواريخ الهجين، قم بإصلاح قسم غرفة الاحتراق على الشريحة، ثم قم بتحميل حبوب الوقود، ثم قم بتثبيت قسم غرفة ما بعد الاحتراق.تثبيت الرأس والزهة. ثم تثبيت الشعلة إشعال على رأس محرك الصواريخ الهجين. قم بتثبيت شمعة الشرارة وقم بتوصيل مصدر الطاقة.ربط النيتروجين، المؤكد، الميثان الاشتعال، وخطوط إمدادات غاز الأكسجين الاشتعال بين مقاعد البدلاء اختبار وأسطوانة الغاز. قم بتوصيل الكمبيوتر الصناعي وبطاقة الحصول على البيانات متعددة الوظائف، وتحكم التدفق الجماعي، ومربع التحكم في مقاعد البدلاء الاختبار. السلطة على مقاعد البدلاء اختبار، وحدة تحكم تدفق الكتلة وإشعال.افتح برنامج FlowDDE وانقر على إعدادات الاتصال. انقر فوق واجهة الاتصال المقابلة وانقر فوق "موافق". انقر فوق الاتصال المفتوح لتأسيس الاتصال مع وحدة تحكم التدفق.ثم افتح برنامج القياس والتحكم، أو MCP. تعيين قناة الإدخال والإخراج من بطاقة الحصول على البيانات متعددة الوظائف وانقر فوق تشغيل لإنشاء اتصال مع النظام بأكمله. تحقق من حالة تشغيل MCP ثم قم بتعيينها على وضع التحكم اليدوي.تحقق من حالة العمل من المكونات شرارة وإجراء اختبار صمام. اختبار وظيفة تسجيل البيانات. بعد ذلك، افتح واجهة الإعداد وحدد وقت الاختبار، بما في ذلك وقت فتح وإغلاق الصمامات ووقت الإشعال ومدة تسجيل البيانات.تعيين متطلبات السلامة والموظفين واضحة من المنطقة التجريبية. افتح صمام الأسطوانة و اضبط ضغط إخراج الصمام المنظم وفقاً لظروف معدل تدفق الكتلة المختلفة. فتح واجهة الإعداد وتعيين معدل تدفق كتلة المؤكد.قم بتشغيل الكاميرا، ثم قم بتعيين MCP على وضع التحكم التلقائي وانتظر المشغل. انقر فوق بدء تشغيل MCP لبدء التجربة. بعد حوالي دقيقة واحدة، انقر فوق إيقاف وإيقاف تشغيل الكاميرا.إغلاق اسطوانة الغاز وفتح صمام في خط الأنابيب لتخفيف الضغط. السلطة قبالة مقاعد البدلاء اختبار وإزالة الحبوب الوقود. قياس وتصوير حبوب الوقود كما هو موضح سابقا.تظهر هنا التغيرات في ضغط غرفة الاحتراق ومعدل تدفق الكتلة المؤكد. لتوفير الوقت اللازم لتنظيم التدفق ، يدخل المؤكد غرفة الاحتراق مقدمًا. عندما يقوم المحرك ببناء الضغط في غرفة الاحتراق، ينخفض معدل تدفق كتلة الأكسجين بسرعة ثم يحافظ على تغيير ثابت نسبيًا.خلال عملية الاحتراق، والضغط في غرفة الاحتراق لا تزال مستقرة. يتم تقديم مقارنة بين تردد تذبذب ضغط غرفة الاحتراق هنا. يحتوي طيف تقلب الضغط لحبوب الوقود الجديدة على ثلاث قمم متميزة ارتبطت بترددات منخفضة هجينة، ووضع هيلمولتز، ونصف الموجة الصوتية في غرفة الاحتراق.وكانت مواضع ذروة الضغط لحبوب الوقود الجديدة هي أساسا نفس مواقع الوقود القائم على البارافين، مما يشير إلى أن الهيكل الجديد لا يحتمل أن يؤدي إلى تذبذبات احتراق إضافية. وتمت مقارنة معدل الانحدار كدالة لتدفق مؤكسد بين حبوب الوقود. وفي نفس معدل تدفق الكتلة المؤكد، كان معدل تراجع حبوب الوقود الجديدة أعلى من معدل الوقود القائم على البارافين واتسعت الفجوة تدريجيا مع زيادة تدفق المؤكد.واستخدمت السرعة المميزة لمقارنة كفاءة الاحتراق. أظهرت حبوب الوقود الجديدة سرعة مميزة أعلى من الحبوب القائمة على البارافين في نسب مختلفة للأكسدة والوقود. هذا يماثل إلى زيادة معدّلة من احتراق كفاءة من حوالي 2٪عندما يحاول هذا بروتوكول, تذكّر أنّ الصبّ درجة حرارة من [بريفين]أساس وقود لا يمكن كنت على إرتفاع من 120 درجات مئويّة.

Research

JoVE Journal

Engineering

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

التحقيق ورسم الخرائط أسطح الكهربائي في خلايا الوقود الصلبة أكسيد

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

تجارب اللهب في مصدر الضوء المتقدم: رؤى جديدة في عمليات تشكيل السخام

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

إعداد وتقييم المركبات الهجينة من الوقود الكيميائية ومتعدد الجدران الكربون الأنابيب النانومترية في دراسة موجات Thermopower

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

كشف واستعادة البلاديوم والذهب والكوبالت المعادن من منجم الحضري عن طريق مجسات رواية / الممتزات مخصصة للمع النانو المسامات على شكل عجلة عربة

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

طرق التجريبية المتقدمة لدرجات الحرارة المنخفضة Magnetotransport قياس المواد الجديدة

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

احتراق توصيف ونموذج التنمية وقود الصغرى أنبوبي خلايا الوقود بمساعدة لهب

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

Detecting the Water-soluble Chloride Distribution of Cement Paste in a High-precision Way

الكشف عن توزيع الأسمنت لصق كلوريد للذوبان في الماء بطريقة عالية الدقة

To improve the accuracy of the chloride distribution along the depth of cement paste under cyclic wet-dry conditions, a new method is proposed to obtain a ...

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

الأشعة تحت الحمراء من أربع موجات منحط الاختلاط مع Upconversion للكشف عن كمية الغاز الاستشعار

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...

A Polymer-based Piezoelectric Vibration Energy Harvester with a 3D Meshed-Core Structure

حصاده الطاقة اهتزاز كهرضغطية المستندة إلى البوليمر مع بنية أساسية يعشق 3D

In this study, we fabricated a flexible 3D mesh structure with periodic voids by using a 3D lithography method and applying it to a vibration energy ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

طريقة سريعة لنمذجة محرك دورة متغير

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...