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

Dette arbejde blev støttet af National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11802315, 11872368 og 11927803) og Equipment Pre-Research Foundation of National Defense Key Laboratory (Grant No. 6142701190402).

1. Eksperimentel opsætning og procedurer
<ol><li>Tilberedning af brændselskorn BEMÆRK: Brændstofkornet med ny struktur bestod af to dele, som er vist i figur 4. Som den vigtigste del af det nye korn tegner det paraffinbaserede brændstof sig for mere end 80% af den samlede masse. ABS-underlaget anvendes som ekstra brændstof. Udarbejdelsen af dette brændstof korn blev realiseret ved at kombinere 3D-print og centrifugal støbning.<ol>
<li>Forberedelse af substrat<ol>
<li>Åbn 3D-sof...

<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>

Teknikken præsenteres i dette papir er en ny tilgang ved hjælp af et brændstof korn med en indlejret spiralformet struktur. Det er ikke vanskeligt at etablere det nødvendige udstyr og de nødvendige faciliteter. Den spiralformede struktur kan let fremstilles ved 3D-printning, og indlejring af paraffinbaserede brændstoffer kan nemt udføres ved centrifugalstøbning. Fused deposition støbning (FDM) 3D-printere er ikke dyre, og omkostningerne ved centrifuger er lav.
Når den indersiden af d...

En teknik til at forbedre forbrændingen ydeevne en hybrid raketmotor er presserende påkrævet. Til dato, praktiske anvendelser af hybrid raketmotorer er stadig langt mindre end den faste og flydende raketmotorer1,2. Den lave regressionshastighed for traditionelle brændstoffer begrænser forbedringen af trykyevnen for hybridraketmotoren3,4. Desuden er forbrændingseffektiviteten lidt lavere end for andre kemiske energiraketter som følge af forbrænding af intern diffusion5, som vist i figur 1. Selv om forskellige teknikker er blevet undersøgt og udviklet, såsom brug af multi-ports6, styrke tilsætningsstoffer7,8,9,flydende brændstof10,11,12, swirl injektion13,fremspring 14, og bluff krop15, disse tilgange er forbundet med problemer i volumen udnyttelse, forbrænding effektivitet, mekanisk ydeevne, og redundans kvalitet. Hidtil har den strukturelle forbedring af brændstofkornet, som ikke har disse mangler, tiltrukket sig større opmærksomhed som et effektivt middel til at forbedre forbrændingsydelsen16,17. Fremkomsten af tre-dimensionelle (3D) udskrivning har brough en effektiv måde at øge ydeevnen af hybrid raketmotorer gennem evnen til hurtigt og billigt producere enten komplekse konventionelle korn design eller ikke-konventionelle brændstof korn18,19,20,21,22,23,24,25, 26,27,28,29,30. Under forbrændingsprocessen mindskes disse forbedringer i forbrændingens ydeevne imidlertid med den karakteristiske struktur, der brænder, hvilket resulterer i et fald i forbrændingsydelsen23. Vi har vist, at et nyt design er nyttigt til at forbedre ydeevnen af hybrid raketmotorer31. Detaljerne for denne teknik og repræsentative resultater præsenteres i dette dokument.
Brændstoffet korn består af en spiralformet substrat lavet af acrylonitrile-butadien-styren (ABS) og en indlejret paraffin-baseret brændstof. Baseret på centrifugal- og 3D-printning blev fordelene ved de to brændstoffer med forskellige regressionsrater kombineret. Brændstofkornets særlige spiralformede struktur efter forbrænding er vist i figur 2. Når gassen passerer gennem brændstofkornet, skabes der samtidig talrige recirkulationszoner ved riller mellem vingerne, hvilket er vist i figur 3. Denne karakteristiske struktur på den indre overflade øger turbulens kinetisk energi og hvirvle nummer i forbrændingskammeret, hvilket øger udvekslingen af både stof og energi i forbrændingskammeret. I sidste ende er regressionsraten for det nye brændstofkorn effektivt forbedret. Det er blevet bevist, at regressionsraten er 20 % højere end det paraffinbaserede brændstof ved massefødsel på 4 g/s·cm2,32.
En fordel ved brændstofkorn med en indlejret spiralformet struktur er, at det er nemt at fremstille. Støbningsprocessen kræver hovedsageligt en smelteblander, en centrifuge og en 3D-printer. ABS-underlaget dannet af 3D-print reducerer i høj grad produktionsomkostningerne. En anden væsentlig og unik fordel er, at forbedringseffekten ikke forsvinder under forbrændingsprocessen.
Dette papir præsenterer forsøgssystemet og procedure for at forbedre forbrændingen ydeevne af en hybrid raketmotor ved hjælp af den nye brændstof korn struktur. Derudover præsenterer dette papir tre repræsentative sammenligninger af forbrændingsydelsesparametre for at bevise gennemførligheden af teknikken, herunder svingningsfrekvensen for forbrændingskammertryk, regressionshastighed og forbrændingseffektivitet karakteriseret ved karakteristisk hastighed.

<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

En teknik til at forbedre forbrændingen ydeevne en hybrid raketmotor ved hjælp af en ny brændstof korn struktur præsenteres. Denne teknik udnytter de forskellige regressionsrater af acrylonitrile butadien styren og paraffinbaserede brændstoffer, som øger udvekslingen af både stof og energi ved at hvirvle flow og recirkulation zoner dannet på rillerne mellem de tilstødende lameller. Centrifugalstøbningsteknikken anvendes til at kaste det paraffinbaserede brændstof i et acrylonitrile butadienstyrensubstrat fremstillet ved tredimensional trykning. Ved hjælp af ilt som iltningsmiddel, en række tests blev udført for at undersøge forbrændingen ydeevne af den nye brændstof korn. Sammenlignet med paraffinbaserede brændselskorn viste brændstofkornet med en indlejret spiralformet struktur, som kan opretholdes under hele forbrændingsprocessen, en betydelig forbedring i regressionshastigheden og et stort potentiale for forbedring af forbrændingseffektiviteten.

Figur 7 viser ændringerne i forbrændingskammerets tryk og iltningsmiddelmassestrømningshastigheden. For at give den nødvendige tid til flowregulering kommer ilteratoren ind i forbrændingskammeret på forhånd. Når motoren bygger tryk i forbrændingskammeret, falder iltmassens strømningshastighed hurtigt og opretholder derefter en relativt stabil ændring. Under forbrændingsprocessen forbliver trykket i forbrændingskammeret relativt stabilt.
Billeder, der ...

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

En teknik, der udnytter et fast brændsel korn med en ny indlejret spiralformet struktur til at forbedre forbrændingen ydeevne en hybrid raketmotor præsenteres.

Forbedring af forbrændingsydeevnen af en Hybrid Rocket Engine ved hjælp af en ny brændstofkorn med en indlejret spiralformet struktur

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

Denne metode kan hjælpe med at besvare spørgsmålet om, hvordan man kan forbedre forbrændingen ydeevne korn. De vigtigste fordele ved denne protokol er, at den spiralformede struktur brændstof korn ikke vil forsvinde med forbrændingsprocessen. Denne metode kan også anvendes på korn formel med forskellige materiale kompileationer såsom EBS og PUX.Begynd med at forberede acrylonitrile butadien styren, eller ABS substrat, ved hjælp af 3D-software. Gem 3D-underlagsstrukturen som en STL-fil. Åbn derefter 3D-udskæringssoftwaren, og importer strukturen.Klik på Start udskæring, og vælg hastighedsudskriftstilstand fra hovedskabelonen. Dobbeltklik-hastighed. Derefter ændre infill tæthed til 100%, og vælg tømmerflåde med nederdel til platformen udgave.Klik på Gem og luk, og klik derefter på udsnit. Tænd for 3D-printeren, og importer ABS-underlagets udsnitsfil. Indstil temperaturen af den opvarmede seng og dysen til henholdsvis 100 og 240 grader Celsius.Klik på Start for at udskrive efter stabilisering. For at sikre en vellykket udskrivning skal du påføre fast lim på varmepladen for at øge vedhæftningen mellem ABS-underlaget og varmepladen. For en paraffin-baseret brændstof forberedelse forberede råvarer af paraffin, polyethylen voks,stersyre, ethylen vinylacetat og kulstof pulver.Konfigurer det paraffinbaserede brændstof i henhold til manuskriptretninger, og placer de konfigurerede materialer i smelteblanderen. Derefter smelte og rør dem, indtil helt blandet. Anstænge ABS-substratet i centrifugen og fastgør det med en endehætte.Tilslut pulveret og tænd for strømkølingspumpekontakten. Tænd derefter centrifugerelæet og forøg hastigheden til 1.400 omdr./min. Åbn ventilen på smelteblanderen og begynd at støbe.Fjern brændstofkornet, og trim formen. Mål og optag vægten, længden og den indre diameter af hele brændstofkornet og fotografer det. For at samle hybrid raketmotor, fastgør forbrændingskammeret sektion på glideskinnen, indlæse brændstofkornet, og installere post forbrændingskammer sektion.Monter hoved og dyse. Installer derefter brænderen tændsats på hovedet af hybrid raketmotor. Monter tændrøret, og tilslut strømforsyningen.Tilslut nitrogen, iltningsmiddel, tændingsanan og tændingilgasforsyningsledninger mellem prøvebænken og gasflasken. Tilslut industricomputeren, multifunktionsdataopekøbskortet, masseflowcontrolleren og kontrolboksen på testbænken. Tændsmagten på prøvebænken, masseflowregulatoren og tændsats.Åbn FlowDDE-softwaren, og klik på kommunikationsindstillingerne. Klik på den tilsvarende forbindelsesgrænseflade, og klik på okay. Klik på åben kommunikation for at etablere kommunikation med flowcontrolleren.Åbn derefter måle- og kontrolprogrammet eller MCP. Angiv input- og outputkanalen for multifunktionsdataopekøbskortet, og klik på kør for at etablere kommunikation med hele systemet. Kontroller status for kørsel af MCP, og indstil den til manuel kontroltilstand.Kontroller tændrørets arbejdstilstand, og udfør en ventiltest. Test dataregistreringsfunktionen. Åbn derefter indstillingsgrænsefladen og angiv testtid, herunder ventilåbning og lukketid, antændelsestid og dataregistreringsvarighed.Sæt sikkerhedskrav og klart personale fra forsøgsområdet. Åbn cylinderventilen, og juster udgangstrykket på reguleringsventilen i henhold til de forskellige massestrømningsforhold. Åbn indstillingsgrænsefladen, og angiv iltningsmiddelmassestrømningshastigheden.Tænd kameraet, og indstil derefter MCP til automatisk kontroltilstand, og vent på udløser. Klik på start på MCP for at starte eksperimentet. Efter ca. et minut skal du klikke på Stop og slukke for kameraet.Luk gasflasken og åbn ventilen i rørledningen for at aflaste trykket. Slukke prøvebænken og fjerne brændstofkornet. Mål og foto brændstofkornet som tidligere påvist.Ændringer i forbrændingskammertryk og iltningsmiddelmassestrømningshastighed vises her. For at give den nødvendige tid til flowregulering kommer ilteratoren ind i forbrændingskammeret på forhånd. Når motoren bygger tryk i forbrændingskammeret, falder iltmassens strømningshastighed hurtigt og opretholder derefter en relativt stabil ændring.Under forbrændingsprocessen forbliver trykket i forbrændingskammeret stabilt. Her præsenteres en sammenligning af forbrændingskammerets trykoscillationsfrekvens. Trykudsvingsspektret i det nye brændselskorn indeholdt tre forskellige toppe, som var forbundet med den hybride lavfrekvens, Helmholtz-tilstand, og den akustiske halvbølge i forbrændingskammeret.Placeringen af trykspidserne i det nye brændselskorn var stort set de samme som for paraffinbaserede brændstoffer, hvilket indikerer, at den nye struktur sandsynligvis ikke vil medføre yderligere forbrændingssvingninger. Regressionshastigheden som funktion af iltningsmiddelffluks blev sammenlignet mellem brændstofkornene. På samme iltningsmiddel masse strømningshastighed, regression sats af det nye brændstof korn var højere end den paraffin-baserede brændstof og kløften gradvist udvidet som iltningsmiddel flux steget.Karakteristisk hastighed blev brugt til at sammenligne forbrændingseffektivitet. Den nye brændstof korn udstillet en højere karakteristisk hastighed end paraffin-baserede korn på forskellige iltningsmiddel og brændstof nøgletal. Dette svarer til en gennemsnitlig stigning i forbrændingseffektiviteten på ca. 2 %Når du forsøger denne protokol, skal du huske, at støbetemperaturen for paraffinbaseret brændstof ikke kan være højere end 120 grader Celsius.

Research

JoVE Journal

Engineering

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Sondering og kortlægning elektrodeoverflader i Solid Oxide Fuel Cells

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

Flame Eksperimenter på Advanced Light Source: ny indsigt i Soddannelse Processer

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

Udarbejdelse og evaluering af hybrid kompositter af Chemical Brændstof og Multi-walled carbon nanorør i studiet af Thermopower Waves

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

Detektion og Inddrivelse af Palladium, Guld og kobolt Metaller fra Urban Mine Brug Nye sensorer / Adsorbenter Udpegede med Nanoscale Wagon-hjul-formede porer

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

Avancerede eksperimentelle metoder til lav-temperatur Magnetotransport Måling af nye materialer

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

Forbrænding Karakterisering og Model Fuel Development for Micro-rørformede Flame-assisteret Brændselsceller

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

Påvisning af vandopløselige klorid Distribution af Cement pasta i en høj præcision måde

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

Infrarød degenererede fire-bølge blanding med Upconversion detektion for kvantitative Gas Sensing

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

Et Polymer-baseret piezoelektriske vibrationer energi mejetærsker med 3D Meshed-Core struktur

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

En hurtig metode til modellering af en variabel cyklus motor

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