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

Detta arbete stöddes av National Natural Science Foundation of China (Grant nos. 11802315, 11872368 och 11927803) och Equipment Pre-Research Foundation of National Defense Key Laboratory (Anslagsnr.614270190402).

1. Experimentell inställning och förfaranden
<ol><li>Beredning av bränslespann OBS: Bränslekornet med ny struktur bestod av två delar, som visas i figur 4. Som huvuddelen av det nya kornet står det paraffinbaserade bränslet för mer än 80 % av den totala massan. ABS-substratet används som ett extra bränsle. Beredningen av denna bränslespann av korn realiserades genom att kombinera 3D-utskrift och centrifugalgjutning.<ol>
<li>Beredning av substrat<ol>
<li>Öppna 3D-programvara...

<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>

Tekniken som presenteras i detta dokument är en ny metod med hjälp av en bränslekorn med en kapslad spiralformad struktur. Det finns inga svårigheter med att inrätta nödvändig utrustning och nödvändiga anläggningar. Den spiralformade strukturen kan enkelt produceras genom 3D-utskrift, och kapsling av paraffinbaserade bränslen kan enkelt utföras genom centrifugalgjutning. Smält deposition gjutning (FDM) 3D-skrivare är inte dyra och kostnaden för centrifuger är låg.
När den inr...

En teknik för att förbättra förbränningsprestandan hos en hybridraketmotor är angeläget. Hittills är praktiska tillämpningar av hybridraketmotorer fortfarande mycket mindre än de av fasta och flytande raketmotorer1,2. Den låga regressionsgraden för traditionella bränslen begränsar förbättringen av dragkraftsprestandan för hybridraketmotorn3,4. Dessutom är dess förbränningseffektivitet något lägre än för andra kemiska energiraketer på grund av förbränningsförbränning5, vilket visas i figur 1. Även om olika tekniker har studerats och utvecklats, såsom användning av multi-portar6, förbättra tillsatser7,8,9, kondensering bränsle10,11,12, virvel injektion13, utsprång14, och bluff kropp15, dessa metoder är förknippade med problem i volymutnyttjande, förbränningseffektivitet, mekanisk prestanda, och redundans kvalitet. Hittills har strukturell förbättring av bränslesäden, som inte har dessa brister, rönt mer uppmärksamhet som ett effektivt sätt att förbättra förbränningsprestanda16,17. Tillkomsten av tredimensionella (3D) utskrift har brough ett effektivt sätt att öka prestanda hybrid raketmotorer genom förmågan att snabbt och billigt producera antingen komplexa konventionella säd mönster eller ickekonventionella bränslekorn18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30. Men under förbränningsprocessen minskar dessa förbättringar i förbränningsprestandan med den karakteristiska strukturen sveda, vilket resulterar i en minskning av förbränningsprestanda23. Vi har visat att en ny design är användbar för att förbättra prestanda hybrid raketmotorer31. Detaljrikedomen för denna teknik och representativa resultat presenteras i detta dokument.
Bränslekornet består av ett spiralformigt substrat tillverkat av akrylnitril-butadien-styren (ABS) och ett kapslat paraffinbaserat bränsle. Baserat på centrifugal- och 3D-utskrift kombinerades fördelarna med de två bränslena med olika regressionsgrad. Den speciella spiralformade strukturen hos bränslekornet efter förbränning visas i figur 2. När gas passerar genom bränslesäden skapas samtidigt ett flertal återcirkulationszoner vid spår mellan bladen, vilket visas i figur 3. Denna karakteristiska struktur på den inre ytan ökar turbulensen kinetisk energi och virvelnummer i förbränningskammaren, vilket ökar utbytet av både materia och energi i förbränningskammaren. I slutändan förbättras regressionsgraden för den nya bränslespaningen effektivt. Effekten av att förbättra regressionsgraden har väl bevisats: i synnerhet visade sig regressionsgraden för den nya bränslespaningen vara 20 procent högre än för det paraffinbaserade bränslet vid massflödet på 4 g/s·cm2,32.
En fördel med bränslespann med en kapslad spiralformad struktur är att det är enkelt att tillverka. Den gjutning processen kräver främst en smält mixer, en centrifug, och en 3D-skrivare. ABS-substratet som bildas genom 3D-utskrift minskar tillverkningskostnaden kraftigt. En annan betydande och unik fördel är att förbättringseffekten inte försvinner under förbränningsprocessen.
Detta dokument presenterar det experimentella systemet och förfarandet för att förbättra förbränningsprestandan hos en hybridraketmotor med hjälp av den nya bränslekornstrukturen. Dessutom presenterar detta dokument tre representativa jämförelser av förbränningsprestandaparametrar för att bevisa att tekniken är genomförbar, inklusive svängningsfrekvens för förbränningskammarens tryck, regressionshastighet och förbränningseffektivitet som kännetecknas av karakteristisk hastighet.

<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 för att förbättra förbränningsprestandan hos en hybridraketmotor med hjälp av en ny bränslekornstruktur presenteras. Denna teknik utnyttjar de olika regressionshastigheterna hos akrylnitril butadienstyren och paraffinbaserade bränslen, som ökar utbytet av både materia och energi genom virvelflöde och återcirkulationszoner som bildas vid spåren mellan de intilliggande vanerna. Centrifugalgjutningstekniken används för att gjuta det paraffinbaserade bränslet i ett akrylnitril butadienstyrensubstrat som görs genom tredimensionell utskrift. Med hjälp av syre som oxidationsmedel, en serie tester genomfördes för att undersöka förbränningsprestanda av den nya bränslesäd. I jämförelse med paraffinbaserade bränslekorn visade bränslekornen med en kapslad spiralformad struktur, som kan upprätthållas under hela förbränningsprocessen, en betydande förbättring av regressionshastigheten och stor potential vid förbättring av förbränningseffektiviteten.

Figur 7 visar förändringarna i förbränningskammarens tryck och oxidationsmassflödeshastighet. För att ge den nödvändiga tiden för flödesreglering kommer oxideringsmedlet in i förbränningskammaren i förväg. När motorn bygger tryck i förbränningskammaren sjunker syremassans flöde snabbt och upprätthåller sedan en relativt stadig förändring. Under förbränningsprocessen förblir trycket i förbränningskammaren relativt stabilt.
Bilder som visa...

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 som utnyttjar en fast bränslekorn med en roman kapslade spiralformade struktur för att förbättra förbränningsprestanda av en hybrid raketmotor presenteras.

Förbättra förbränningsprestanda för en hybrid Rocket Engine med hjälp av en ny bränslespann med en kapslad helisk 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 ...

Denna metod kan hjälpa till att besvara frågan om hur man kan förbättra förbränningsprestandan hos korn. De främsta fördelarna med detta protokoll är att den spiralformade strukturen bränslekorn inte kommer att försvinna med förbränningsprocessen. Denna metod kan också tillämpas på kornformel med olika materialsammanställning som EBS och PUX.Börja med att förbereda akrylnitril butadienstyren, eller ABS substrat, med hjälp av 3D-programvara. Spara 3D-substratstrukturen som en STL-fil. Öppna sedan 3D-skivningsprogramvaran och importera strukturen.Klicka på start skivning och välj hastighetsutskriftsläge från huvudmallen. Dubbelklicka på hastighet. Ändra sedan infill densitet till 100%och välj flotte med kjol för plattformen upplagan.Klicka på spara och stäng och klicka sedan på segment. Slå på 3D-skrivaren och importera ABS-substratets segmentfil. Ställ in temperaturen på den uppvärmda sängen och munstycket till 100 respektive 240 grader Celsius.Klicka på start för att skriva ut efter stabilisering. För att säkerställa en lyckad utskrift, applicera fast lim på värmeplattan för att öka vidhäftningen mellan ABS-substratet och värmeplattan. För en paraffinbaserad bränsleberedning bereda råvaror av paraffin, polyetenvax,stersyra, etenvinylacetat och kolpulver.Konfigurera det paraffinbaserade bränslet enligt manuskriptriktningar och placera in de konfigurerade materialen i smältblandaren. Sedan smälta och rör dem tills de är helt blandade. Placera ABS-substratet i centrifugen och säkra det med ett ändlock.Koppla in pulvret och sätt på vattenkylningspumpens brytare. Slå sedan på centrifugreläet och öka hastigheten till 1, 400 RPM. Öppna ventilen på smältblandaren och börja gjutningen.Ta bort bränslespann och trimma formen. Mät och ant registrera vikt, längd och innerdiameter för den kompletta bränslespannskornet och fotografera den. För att montera hybridraketmotorn, fixera förbränningskammaren avsnitt på glidskena, ladda bränslesäd, och installera avsnittet post förbränningskammare.Installera huvudet och munstycket. Installera sedan facklan tändare på huvudet av hybrid raketmotor. Installera tändstiftet och anslut strömförsörjningen.Anslut kväve, oxidationsmedel, tändningsmetan, och tändsyregas matarledningar mellan provbänken och gasflaskan. Anslut industridatorn, dataanskaffningskortet för multifunktion, styrenheten för massflöde och testbänkens kontrollbox. Ström på provbänken, massflödesregulatorn och tändaren.Öppna FlowDDE-programvaran och klicka på kommunikationsinställningar. Klicka på motsvarande anslutningsgränssnitt och klicka på okej. Klicka på öppna kommunikation för att upprätta kommunikation med flödesstyrenheten.Öppna sedan mät- och kontrollprogrammet, eller MCP. Ange in- och utdatakanal för datainsamlingskortet för multifunktion och klicka på kör för att upprätta kommunikation med hela systemet. Kontrollera MCP-körstatusen och ställ in den i manuellt kontrollläge.Kontrollera tändstifts arbetsskick och utför ett ventiltest. Testa datainspelningsfunktionen. Därefter öppnar du inställningsgränssnittet och ställer in testtid, inklusive ventilöppnings- och stängningstid, tändningstid och dataregistreringsvaraktighet.Ställ säkerhetskrav och tydlig personal från experimentområdet. Öppna cylinderventilen och justera utgående trycket på reglerventilen enligt de olika massflödeshastighetsförhållandena. Öppna inställningsgränssnittet och ställ in oxidationsmassflödet.Slå på kameran, ställ sedan in MCP i läget för automatisk kontroll och vänta på utlösare. Klicka på start på MCP för att starta experimentet. Efter ungefär en minut klickar du på stopp och stänger av kameran.Stäng gasflaskan och öppna ventilen i rörledningen för att avlasta trycket. Ström av provbänken och ta bort bränslesäden. Mät och fotografera bränslesädet som tidigare visats.Förändringar i förbränningskammaren tryck och oxidationsmedel massflödeshastighet visas här. För att ge den nödvändiga tiden för flödesreglering kommer oxideringsmedlet in i förbränningskammaren i förväg. När motorn bygger tryck i förbränningskammaren sjunker syremassans flöde snabbt och upprätthåller sedan en relativt stadig förändring.Under förbränningsprocessen förblir trycket i förbränningskammaren stabilt. En jämförelse av förbränningskammaren tryck svängningsfrekvens presenteras här. Tryckfluktuationsspektrumet i det nya bränslekornet innehöll tre distinkta toppar som var associerade med hybrid lågfrekvent, Helmholtz-läget och den akustiska halvvågen i förbränningskammaren.Positionerna för trycktopparna i den nya bränslespannorna var i stort sett desamma som för de paraffinbaserade bränslena, vilket tyder på att den nya strukturen sannolikt inte kommer att införa ytterligare förbränningssvängningar. Regressionshastigheten som en funktion av oxidationsmedelsflux jämfördes mellan bränslekornen. Vid samma oxidationsmedel massflödeshastighet, regression hastigheten för den nya bränslesäde var högre än den paraffin-baserade bränsle och gapet gradvis ökat som oxidationsmedel flux ökade.Karakteristisk hastighet användes för att jämföra förbränningseffektivitet. Romanen bränslespannmedel uppvisade en högre karakteristisk hastighet än paraffin-baserade korn vid olika oxidationsmedel och bränsleförhållanden. Detta motsvarar en genomsnittlig ökning av förbränningseffektiviteten på ca 2%När du försöker detta protokoll, kom ihåg att den gjutning temperaturen av paraffin-baserade bränsle inte kan vara högre än 120 grader Celsius.

Research

JoVE Journal

Engineering

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Sondering och Mappa elektrodytorna i fast bränsleceller oxid

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 Experiment vid Advanced Light Source: Nya insikter om sotbildning 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

Upprättande och utvärdering av Hybrid Composites i Chemical Bränsle och Flerväggiga kolnanorör i studien av Thermopower Vågor

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

Upptäckt och Återvinning av palladium, guld och kobolt Metals från Urban Mine Använda Nya Sensorer / Adsorbents Utsedda med Nanoscale Wagon-hjulformade 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

Avancerade Experimentella metoder för låg temperatur Magnetotransport Mätning av nya material

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

Förbrännings karakterisering och modell Fuel utveckling för Micro-rörformiga Flame-assisterad bränsleceller

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

Att upptäcka vattenlösliga klorid fördelningen av cementpasta i hög precision sätt

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

Infraröd degenererade fyra-våg blandning med uppkonvertering upptäckt för kvantitativa Gas avkänning

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

En Polymer-baserade piezoelektrisk Vibration energi skördare 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 snabb metod för modellering av en variabel cykel motor

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