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

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (Grant Nos. 11802315, 11872368 ו- 11927803) וקרן קדם-מחקר ציוד של המעבדה הלאומית להגנה מפתח (גרנט מס' 614270190402).

1. התקנה ניסיונית והליכים
<ol><li>הכנת תבואת דלק הערה: גרגר הדלק עם מבנה חדשני מורכב משני חלקים, המוצגים באות 4. כחלק העיקרי של התבואה הרומן, דלק מבוסס פרפין מהווה יותר מ 80% של המסה הכוללת. ה-ABS משמש כדלק נוסף. הכנת תבואת דלק זו התממשה על ידי שילוב של הדפסה בתלת-ממד ויציקה צנטריפו...

<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>

הטכניקה המוצגת בנייר זה היא גישה חדשנית באמצעות גרגר דלק עם מבנה הליקל מקוננים. אין קשיים בהקמת הציוד והמתקנים הדרושים. המבנה ההליקל יכול להיות מיוצר בקלות על ידי הדפסה תלת-ממדית, וגינון של דלקים מבוססי פרפין יכול להתבצע בקלות על ידי יציקה צנטריפוגלית. תצהיר מותך יצוק (FDM) מדפסות 3D אינן יקר?...

טכניקה לשיפור ביצועי הבעירה של מנוע רקטות היברידי נדרשת בדחיפות. עד כה, יישומים מעשיים של מנועי רקטות היברידיים הם עדיין הרבה פחות מאלה של מנועי רקטות מוצקונוזלי 1,2. קצב הרגרסיה הנמוך של דלקים מסורתיים מגביל את שיפור ביצועי הדחף עבור מנוע הרקטותההיברידי 3,4. בנוסף, יעילות הבעירה שלה נמוכה במקצת מזה של רקטות אנרגיה כימית אחרותבשל בעירה פנימית 5, כפי שמוצג באות 1. למרות טכניקות שונות נחקרו ופיתחו, כגון השימוש ביציאותמרובות 6, שיפורתוספים 7,8,9, דלק נוזלי 10,11,12,הזרקת מערבולת 13,בלוטות 14, וגוףבלוף 15, גישות אלה קשורות לבעיות בניצול נפח, יעילות בעירה, ביצועים מכניים, ואיכות יתירות. עד כה, שיפור מבני של תבואת הדלק, אשר אין חסרונות אלה, משך יותר תשומת לב כאמצעי יעיל לשיפור ביצועי בעירה16,17. הופעתה של הדפסה תלת מימדית (תלת-ממדית) הביאה לדרך יעילה להגביר את הביצועים של מנועי רקטות היברידיים באמצעות היכולת לייצר במהירות ובצול גם עיצובי תבואה קונבנציונליים מורכבים או גרגרי דלק לאקונבנציונליים 18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30. עם זאת, במהלך תהליך הבעירה, שיפורים אלה בביצועי בעירה פוחתת עם שריפת המבנה האופייני, וכתוצאה מכך ירידה בביצועיבעירה 23. הוכחנו כי עיצוב חדשני שימושי בשיפור הביצועים של מנועי רקטות היברידיים31. הפירוט עבור טכניקה זו ותוצאות מייצגות מוצג בנייר זה.
תבואת הדלק מורכבת ממצע הליקלי מבעלות אקרילוניטריל-תות-סטירן (ABS) ודלק מקונן המבוסס על פרפין. בהתבסס על הדפסה צנטריפוגלית ותלת-ממדית, היתרונות של שני הדלקים עם שיעורי רגרסיה שונים שולבו. המבנה ההליקלי המיוחד של תבואת הדלק לאחר הבעירה מוצג בדמות 2. כאשר גז עובר דרך תבואת הדלק, אזורי תפוצה רבים נוצרים בו זמנית בגרובים בין להבים, המוצג באות 3. מבנה אופייני זה על פני השטח הפנימי מגביר את מערבולת אנרגיה קינטית ומספר מערבולת בתא הבעירה, אשר להגדיל את חילופי החומר והאנרגיה בתא הבעירה. בסופו של דבר, קצב הרגרסיה של תבואת הדלק הרומן משתפר ביעילות. ההשפעה של שיפור קצב הרגרסיה הוכחה היטב: בפרט, שיעור הרגרסיה של תבואת הדלק הרומן הוכח להיות 20% גבוה יותר מזה של דלק מבוסס פרפין בשטף המסה של 4 g/s·cm2,32.
אחד היתרונות של תבואת הדלק עם מבנה הליקל מקוננים הוא שזה פשוט לייצר. תהליך היצוק דורש בעיקר מערבל נמס, צנטריפוגה ומדפסת תלת-ממד. מצע ABS שנוצר על ידי הדפסה בתלת-ממד מפחית מאוד את עלות הייצור. יתרון משמעותי וייחודי נוסף הוא שאפקט השיפור אינו נעלם במהלך תהליך הבעירה.
נייר זה מציג את המערכת הניסיונית ואת ההליך לשיפור ביצועי הבעירה של מנוע רקטות היברידי באמצעות מבנה התבואה דלק הרומן. בנוסף, מאמר זה מציג שלוש השוואות מייצגות של פרמטרים של ביצועי בעירה כדי להוכיח את היתכנות הטכניקה, כולל תדירות תנודות של לחץ תא בעירה, קצב רגרסיה, ויעילות בעירה המאופיינת במהירות אופיינית.

<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

טכניקה לשיפור ביצועי הבעירה של מנוע רקטות היברידי באמצעות מבנה תבואה דלק חדשני מוצג. טכניקה זו מנצלת את שיעורי הרגרסיה השונים של אקרילוניטריל סטירן ודלקים מבוססי פרפין, אשר מגבירים את חילופי החומר והאנרגיה על ידי זרימת מערבולת ואזורי recirculation שנוצרו חריצים בין vanes הסמוכים. טכניקת הליהוק הצנטריפוגלי משמש כדי להשליך את הדלק מבוסס פרפין לתוך תכלת סטירן אסטרילוניטריל שנעשו על ידי הדפסה תלת ממדית. באמצעות חמצן כחמצון, נערכו סדרה של בדיקות כדי לחקור את ביצועי הבעירה של תבואת הדלק הרומן. בהשוואה גרגרי דלק מבוססי פרפין, גרגר הדלק עם מבנה הליקל מקוננים, אשר ניתן לשמור לאורך כל תהליך הבעירה, הראה שיפור משמעותי בקצב רגרסיה ופוטנציאל גדול לשיפור יעילות בעירה.

איור 7 מראה את השינויים בלחץ תא הבעירה ובקצב זרימת המסה של חמצון. כדי לספק את הזמן הדרוש לוויסות זרימה, חמצון נכנס לתא הבעירה מראש. כאשר המנוע בונה לחץ בתא הבעירה, קצב זרימת מסת החמצן יורד במהירות ולאחר מכן שומר על שינוי יציב יחסית. במהלך תהליך הבעירה, הלחץ בתא הבעירה נותר יצי...

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

טכניקה תוך שימוש בתבואת דלק מוצקה עם מבנה הליקל מקוננים חדשני כדי לשפר את ביצועי הבעירה של מנוע רקטות היברידי מוצג.

שיפור ביצועי הבעירה של מנוע רקטות היברידי באמצעות דגן דלק חדשני עם מבנה הליקל מקוננים

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

שיטה זו יכולה לעזור לענות על השאלה כיצד לשפר את ביצועי הבעירה של דגנים. היתרונות העיקריים של פרוטוקול זה הוא כי גרגרי דלק המבנה ההלילי לא ייעלמו עם תהליך הבעירה. ניתן להחיל שיטה זו גם על נוסחת תבואה עם אוספי חומרים שונים כגון EBS ו- PUX.התחל על ידי הכנת אקרילוניטריל butadiene styrene, או ABS מצע, באמצעות תוכנת 3D. שמרו את מבנה המצע תלת-מימדי כקובץ STL. לאחר מכן פתחו את תוכנת ההתפתל 3D וייבאו את המבנה.לחץ על התחל חיתוך ובחר מצב הדפסה מהירה מהתבנית הראשית. מהירות לחיצה כפולה. לאחר מכן לשנות את צפיפות המילוי ל 100%ולבחור רפסודה עם חצאית עבור מהדורת הפלטפורמה.לחץ על שמור וסגור ולאחר מכן לחץ על פרוסה. הפעל את המדפסת תלת-ממד וייבא את קובץ הפרוסה של מצע ABS. הגדר את הטמפרטורה של המיטה המחוממת ואת הזרבובית ל 100 ו 240 מעלות צלזיוס בהתאמה.לחץ על התחל להדפיס לאחר הייצוב. כדי להבטיח הדפסה מוצלחת, החל דבק מלא על הצלחת החמה כדי להגדיל את ההידבקות בין מצע ABS לבין הלוח החם. להכנת דלק על בסיס פרפין הכינו חומרי גלם של פרפין, שעוות פוליאתילן, חומצה סטרית, אתילן ויניל אצטט ואבקת פחמן.הגדר את הדלק המבוסס על פרפין על פי הוראות כתב היד והצב את החומרים שהוגדרו במיקסר ההמסה. ואז להמיס ולערבב אותם עד מעורבב לחלוטין. הנח את מצע ABS לתוך הצנטריפוגה ואבטח אותו עם כובע קצה.חבר את האבקה והפעיל את מתג משאבת קירור המים. לאחר מכן הפעל את ממסר הצנטריפוגה והגדל את המהירות ל- 1,400 סל"ד. פתח את השסתום על מערבל ההמסה והתחל ללהק.הסר את גרגר הדלק וקצץ את הצורה. למדוד ולתרשם את המשקל, האורך והקטר הפנימי של גרגר הדלק המלא ולצלם אותו. כדי להרכיב את מנוע הרקטות ההיברידי, תקן את קטע תא הבעירה במעקה השקופיות, טען את גרגר הדלק והתקן את החלק של תא הבעירה.התקן את הראש ואת הזרבובית. לאחר מכן התקינו את מצית הלפיד על ראש מנוע הרקטות ההיברידיות. התקן את הניצוץ וחבר את ספק הכוח.חבר את החנקן, החמצון, מתאן ההצתה וקווי אספקת גז החמצן בין ספסל הבדיקה לבין גליל הגז. חבר את המחשב התעשייתי, את כרטיס רכישת הנתונים הרב-תכליתי, את בקר הזרימה ההמוני ואת תיבת הבקרה של ספסל הבדיקה. כוח על ספסל הבדיקה, בקר הזרימה ההמונית והצית.פתח את תוכנת FlowDDE ולחץ על הגדרות תקשורת. לחץ על ממשק החיבור המתאים ולחץ על אישור. לחץ על פתח תקשורת כדי ליצור תקשורת עם בקר הזרימה.לאחר מכן פתח את תוכנית המדידה והבקרה, או את MCP. הגדר את ערוץ הקלט והפלט של כרטיס רכישת הנתונים הרב-תכליתיים ולחץ על הפעל כדי ליצור תקשורת עם המערכת כולה. בדוק את מצב הפעלת ה- MCP והגדר אותו למצב בקרה ידני.בדוק את מצב העבודה של מצת ולבצע בדיקת שסתום. בדוק את פונקציית הקלטת הנתונים. לאחר מכן, פתח את ממשק ההגדרה והגדר זמן בדיקה, כולל שעת פתיחה וסגירה של שסתום, זמן הצתה ומשך רישום נתונים.הגדר דרישות בטיחות ואנשי צוות ברורים מאזור הניסוי. פתח את שסתום הצילינדר ולהתאים את לחץ הפלט של שסתום ויסות בהתאם לתנאי קצב זרימת המסה השונים. פתח את ממשק ההגדרה והגדר את קצב הזרימה של מסת החמצון.הפעל את המצלמה ולאחר מכן הגדר את ה- MCP למצב בקרה אוטומטי והמתן לגורם מפעיל. לחץ על התחל ב- MCP כדי להתחיל את הניסוי. לאחר כדקה, לחץ על עצור וכבה את המצלמה.סגור את גליל הגז ולפתוח את השסתום בצנרת כדי להקל על הלחץ. כבה את ספסל הבדיקה והסר את גרגר הדלק. למדוד ולצלם את תבואת הדלק כפי שהוכח בעבר.שינויים בלחץ תא הבעירה וקצב זרימת מסת החמצון מוצגים כאן. כדי לספק את הזמן הדרוש לוויסות זרימה, מחמצן נכנס לתא הבעירה מראש. כאשר המנוע בונה לחץ בתא הבעירה, קצב זרימת מסת החמצן יורד במהירות ולאחר מכן שומר על שינוי יציב יחסית.במהלך תהליך הבעירה, הלחץ בתא הבעירה נשאר יציב. השוואה של תדירות תנודות לחץ תא הבעירה מוצגת כאן. ספקטרום תנודות הלחץ של גרגר הדלק החדש הכיל שלוש פסגות נפרדות שהיו קשורות לתדר הנמוך ההיברידי, למצב הלמהולץ ולמחצית הגל האקוסטי בתא הבעירה.המיקומים של פסגות הלחץ של גרגר הדלק החדש היו בעצם זהים לזה של דלקים מבוססי פרפין, מה שמצביע על כך שהמבנה החדשני לא צפוי להציג תנודות בעירה נוספות. שיעור הרגרסיה כפונקציה של שטף חמצון הושווה בין גרגרי הדלק. באותו קצב זרימת מסת מחמצן, קצב הרגרסיה של גרגר הדלק החדש היה גבוה מזה של הדלק המבוסס על פרפין והפער התרחב בהדרגה ככל ששטף החמצון גדל.מהירות אופיינית שימשה להשוואת יעילות הבעירה. גרגר הדלק החדשני הפגין מהירות אופיינית גבוהה יותר מאשר דגנים מבוססי פרפין ביחסי חמצון ודלק שונים. זה מתאים לעלייה ממוצעת של יעילות בעירה של כ 2% בעת ניסיון פרוטוקול זה, זכור כי טמפרטורת הליהוק של דלק מבוסס פרפין לא יכול להיות גבוה מ 120 מעלות צלזיוס.

Research

JoVE Journal

Engineering

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

חיטוט ומיפוי משטחי אלקטרודה דלק תאי תחמוצת מוצקות

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

ניסויי להבה במקור האור מתקדם: תובנה חדשות על תהליכי היווצרות פיח

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

הכנה והערכה של חומרים מרוכבים היברידיים כימי דלק ורב חומת פחמן בחקר גלי 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

איתור והשחזור של פלדיום, מתכות זהב וקובלט ממכרה העירונית באמצעות חיישנים / Adsorbents רומן יעודיים עם נקבוביות-בצורת גלגל עגלה ננומטריים

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

שיטות ניסיוניות מתקדמות לטמפרטורה נמוכה Magnetotransport מדידה של חומרים חדשים

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

אפיון שרפה ופיתוח דלק מודל מיקרו-צינורי בתאי דלק הלהבה בסיוע

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

זיהוי ההתפלגות כלוריד מסיסים במים של מלט הדבקה בדרך ברמת דיוק גבוהה

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

אינפרא-אדום מנוונת ארבעה גלים ערבוב עם זיהוי Upconversion עבור גז כמותיים חישה

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

המקצרה אנרגיה רטט פיזואלקטריים מבוסס פולימר עם מבנה Meshed-Core 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

שיטה מהירה למידול מנוע מחזור משתנה

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