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

Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Grant Nos. 11802315, 11872368 ve 11927803) ve Ekipman Ön Araştırma Vakfı Ulusal Savunma Anahtar Laboratuvarı (Grant No. 6142701190402) tarafından desteklenmiştir.

1. Deneysel kurulum ve prosedürler
<ol><li>Yakıt tanesinin hazırlanması NOT: Yeni yapıya sahip yakıt taneleri Şekil 4'tegösterilen iki bölümden oluşuyordu. Roman tahılAna parçası olarak, parafin bazlı yakıt toplam kitlenin% 80'den fazlasını oluşturmaktadır. ABS substratı ek yakıt olarak kullanılır. Bu yakıt tanesinin hazırlanması 3D baskı ve santrifüj döküm birleştirilerek gerçekleştirildi.<ol>
<li>Substrat hazırlama<ol>
<li>ABS substrat çizimi için ...

<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>

Bu yazıda sunulan teknik, iç içe bağlı sarmal yapılı bir yakıt tanesi kullanılarak yeni bir yaklaşımdır. Gerekli ekipman ve tesislerin kurulmasında herhangi bir güçlük yoktur. Sarmal yapı 3D baskı ile kolayca üretilebilir ve parafin bazlı yakıtların iç içe geçmeleri santrifüj döküm ile kolayca yapılabilir. Erimiş biriktirme kalıplama (FDM) 3D yazıcılar pahalı değildir ve santrifüjmaliyeti düşüktür.
Şekilli yakıt taneciliğinin iç yüzeyinde göz ardı...

Bir hibrid roket motoru yanma performansını artırmak için bir teknik acilen gereklidir. Bugüne kadar, hibrid roket motorlarının pratik uygulamaları hala çok daha az bu katı ve sıvı roket motorları1,2. Geleneksel yakıtların düşük regresyon oranı hibrid roket motoru için itme performansının iyileştirilmesi sınırlar3,4. Buna ek olarak, yanma verimliliği, Şekil 1'degösterildiği gibi, içten difüzyon yanma5nedeniyle diğer kimyasal enerji roketleri biraz daha düşüktür. Çeşitli teknikler çalışılmış ve geliştirilmiş olmasına rağmen, çok bağlantı noktalarıkullanımıgibi 6 , katkı maddeleriarttırıcı 7,8,9, sıvılaştırıcı yakıt10,11,12, girdap enjeksiyon13, çıkıntılar14, ve blöf vücut15, Bu yaklaşımlar hacim kullanımı sorunları ile ilişkilidir, yanma verimliliği, mekanik performans, ve artıklık kalitesi. Şimdiye kadar, bu eksiklikleri yok yakıt tahıl, yapısal iyileştirme, yanma performansını artırmak için etkili bir araç olarak daha fazla dikkat çekti16,17. Üç boyutlu (3D) baskı gelişiyle hızlı ve ucuza ya karmaşık konvansiyonel tahıl tasarımları veya konvansiyonel olmayanyakıt taneleri18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30üretmek için yeteneği ile hibrid roket motorlarının performansını artırmak için etkili bir yol brough vardır . Ancak, yanma işlemi sırasında, yanma performansı ndaki bu gelişmeler karakteristik yapı yanma ile azalır, yanma performansı bir azalma ile sonuçlanan23. Biz yeni bir tasarım hibrid roket motorları performansını artırmada yararlı olduğunu göstermiştir31. Bu teknik ve temsil sonuçları için detay bu yazıda sunulmuştur.
Yakıt tanesi akrilonitril-bütadiene-stiren (ABS) ve iç içe parafin bazlı yakıt tarafından yapılan sarmal substrat oluşur. Santrifüj ve 3D baskıya bağlı olarak, farklı regresyon oranlarına sahip iki yakıtın avantajları birleştirildi. Yanma sonrası yakıt taneciğin özel sarmal yapısı Şekil 2'de gösterilmiştir. Gaz yakıt tanesinden geçtiğinde, bıçaklararasındaki oluklarda aynı anda çok sayıda sirkülasyon bölgesi oluşturulur ve bu şekil 3'te gösterilmiştir. İç yüzeydeki bu karakteristik yapı, yanma odasındaki türbülans kinetik enerjisini ve girdap sayısını arttırır ve yanma odasında hem madde hem de enerji alışverişini artırır. Sonuçta, yeni yakıt tahıl regresyon oranı etkili bir şekilde geliştirilmiştir. Regresyon oranını artırmanın etkisi iyi kanıtlanmıştır: özellikle, yeni yakıt tanesinin regresyon oranı nın 4 g/s·cm2,32kütle akısı ndaki parafin bazlı yakıttan %20 daha yüksek olduğu gösterilmiştir.
İç içe sarmal yapıya sahip yakıt tanelerinin bir avantajı da üretiminin basit olmasıdır. Kalıplama işlemi esas olarak bir erime karıştırıcı, bir santrifüj ve bir 3D yazıcı gerektirir. 3D baskının oluşturduğu ABS alt katmanı üretim maliyetini büyük ölçüde azaltır. Bir diğer önemli ve benzersiz avantajı da geliştirme efektinin yanma işlemi sırasında kaybolmamasıdır.
Bu kağıt, yeni yakıt tane yapısı kullanarak bir hibrid roket motoru yanma performansını artırmak için deneysel sistem ve prosedür sunuyor. Ayrıca, bu kağıt yanma odası basıncı salınım frekansı, regresyon oranı ve karakteristik hız ile karakterize yanma verimliliği de dahil olmak üzere tekniğin fizibilite kanıtlamak için yanma performans parametrelerinin üç temsili karşılaştırmalar sunar.

<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

Yeni bir yakıt tane yapısı kullanarak bir hibrid roket motoruyanma performansını artırmak için bir teknik sunulmaktadır. Bu teknik, komşu vanes arasındaki oluklarda oluşan girdap akışı ve sirkülasyon bölgeleri ile hem madde hem de enerji alışverişini artıran akrilonitril bütadien stiren ve parafin bazlı yakıtların farklı regresyon oranlarını kullanır. Santrifüj döküm tekniği üç boyutlu baskı ile yapılan bir akrilonitril butadiene stiren substrat içine parafin bazlı yakıt döküm için kullanılır. Oksijeni oksitleyici olarak kullanarak, yeni yakıt tanelerinin yanma performansını araştırmak için bir dizi test yapılmıştır. Parafin bazlı yakıt tanelerine kıyasla, yanma süreci boyunca muhafaza edilebilen iç içe bağlı sarmal yapıya sahip yakıt taneleri, regresyon oranında önemli bir iyileşme ve yanma veriminin iyileştirilmesinde büyük bir potansiyel göstermiştir.

Şekil 7 yanma odası basıncı ve oksitleyici kütle akış hızındaki değişiklikleri göstermektedir. Akış düzenlemesi için gerekli zamanı sağlamak için, oksitleyici yanma odasına önceden girer. Motor yanma odasında basınç oluşturduğunda, oksijen kütle akış hızı hızla düşer ve daha sonra nispeten sabit bir değişim korur. Yanma işlemi sırasında, yanma odasındabasınç nispeten istikrarlı kalır.
Yanma odası basınç salınım frek...

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

Bir hibrid roket motoruyanma performansını artırmak için yeni bir iç içe sarmal yapısı ile katı yakıt tahıl kullanan bir teknik sunulmaktadır.

İç içe helisel yapıya sahip Yeni Bir Yakıt Tanesi Kullanarak Hibrit Roket Motorunun Yanma Performansını Artırma

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

Bu yöntem, taneciklerin yanma performansını nasıl artırılabildiği sorusunun yanıtlatılabilir. Bu protokolün en önemli avantajları, sarmal yapı yakıt tanelerinin yanma işlemiyle birlikte kaybolmamasıdır. Bu yöntem, EBS ve PUX gibi farklı malzeme derlemeleri ile tane formülüne de uygulanabilir.3D yazılım kullanarak akrilonitril bütadien stiren veya ABS substratı hazırlayarak başlayın. 3B substrat yapısını STL dosyası olarak kaydedin. Sonra 3D dilimleme yazılımı açın ve yapıyı içe aktarın.Ana şablondan dilimlemeye başlat'ı tıklatın ve hızlı yazdırma modunu seçin. Çift tıklama hızı. Daha sonra dolgu yoğunluğunu %100'e değiştirin ve platform sürümü için etekli sal seçin.Kaydet ve kapat'ı tıklatın ve ardından dilim'i tıklatın. 3B yazıcıyı açın ve ABS substratı dilim dosyasını içeri aktarın. Isıtılan yatak ve meme sıcaklığını sırasıyla 100 ve 240 santigrat dereceye ayarlayın.Stabilizasyondan sonra yazdırmaya başlat'ı tıklatın. Başarılı baskı sağlamak için, ABS substratı ile sıcak plaka arasındaki yapışmayı artırmak için sıcak plakaya katı tutkal uygulayın. Parafin bazlı yakıt hazırlama için parafin, polietilen balmumu, sterik asit, etilen vinil asetat ve karbon tozu hammaddelerini hazırlayın.Parafin bazlı yakıtı el yazması talimatlara göre yapılandırın ve yapılandırılan malzemeleri erime karıştırıcısına yerleştirin. Sonra eritin ve tamamen karışık kadar karıştırın. ABS substratını santrifüjün içine yerleştirin ve bir uç kapağıyla sabitle.Tozu takın ve su soğutma pompası anahtarını açın. Sonra santrifüj röleaçın ve 1, 400 RPM hızını artırmak. Erime mikserinin vanasını açın ve döküme başlayın.Yakıt tanesini çıkarın ve şekli kırpın. Tam yakıt tanesinin ağırlığını, uzunluğunu ve iç çapını ölçün ve kaydedin ve fotoğrafını çekin. Hibrid roket motorlarını monte etmek için, slayt rayındaki yanma odası bölümünü düzeltin, yakıt tanesini yükleyin ve yanma sonrası bölme bölümünü kurun.Baş ve meme yükleyin. Sonra hibrid roket motorunun kafasına meşale ateşleyici yükleyin. Bujiyi takın ve güç kaynağını bağlayın.Test tezgahı ile gaz silindiri arasındaki azot, oksitleyici, ateşleme metanı ve ateşleme oksijen gazı besleme hatlarını bağlayın. Endüstriyel bilgisayarı, çok fonksiyonlu veri toplama kartını, kütle akış denetleyicisini ve test tezgahının kontrol kutusunu bağlayın. Test tezgahındaki güç, kütle akış denetleyicisi ve ateşleyici.FlowDDE yazılımını açın ve iletişim ayarlarına tıklayın. Karşılık gelen bağlantı arabirimini tıklatın ve tamam'ı tıklatın. Akış denetleyicisi ile iletişim kurmak için açık iletişimi tıklatın.Ardından ölçüm ve kontrol programını veya MCP'yi açın. Çok işlevli veri toplama kartının giriş ve çıkış kanalını ayarlayın ve tüm sistemle iletişim kurmak için çalıştır'ı tıklatın. MCP çalışma durumunu kontrol edin ve manuel kontrol moduna ayarlayın.Buji sinin çalışma durumunu kontrol edin ve bir valf testi yapın. Veri kayıt işlevini test edin. Ardından, ayar arabirimini açın ve valf açma ve kapatma süresi, ateşleme süresi ve veri kayıt süresi dahil olmak üzere test süresini ayarlayın.Güvenlik gerekliliklerini ve deneysel alandan temiz personeli ayarlayın. Silindir valfini açın ve düzenleyici valfin çıkış basıncını farklı kütle akış hızı koşullarına göre ayarlayın. Ayar arabirimini açın ve oksitleyici kütle akış hızını ayarlayın.Kamerayı açın, ardından MCP'yi otomatik kontrol moduna ayarlayın ve tetikleyiciyi bekleyin. Denemeyi başlatmak için MCP'ye tıklayın. Yaklaşık bir dakika sonra, dur'a tıklayın ve kamerayı kapatın.Gaz silindirini kapatın ve basıncı azaltmak için boru hattındaki vanayı açın. Test tezgahını kapatın ve yakıt tanesini çıkarın. Yakıt tanesini daha önce gösterildiği gibi ölçün ve fotoğrafla.Yanma odası basıncındaki ve oksitleyici kütle akış hızındaki değişiklikler burada gösterilmiştir. Akış düzenlemesi için gerekli zamanı sağlamak için, oksitleyici yanma odasına önceden girer. Motor yanma odasında basınç oluşturduğunda, oksijen kütle akış hızı hızla düşer ve daha sonra nispeten sabit bir değişim korur.Yanma işlemi sırasında, yanma odasındaki basınç sabit kalır. Yanma odası basınç salınım frekansı karşılaştırması burada sunulmuştur. Yeni yakıt tanesinin basınç dalgalanma spektrumu, hibrid düşük frekanslı Helmholtz modu ve yanma odasındaki akustik yarım dalga ile ilişkili üç farklı zirve içeriyordu.Yeni yakıt tanesinin basınç zirvelerinin konumları temelde parafin bazlı yakıtlarla aynıydı, bu da yeni yapının ek yanma salınımları getirme olasılığının düşük olduğunu gösteriyor. Oksidizer akısının bir fonksiyonu olarak regresyon hızı yakıt taneleri arasında karşılaştırıldı. Aynı oksitleyici kütle akış hızında, yeni yakıt tanelerinin regresyon hızı parafin bazlı yakıttan daha yüksekti ve oksidatif akısı arttıkça boşluk giderek genişledi.Karakteristik hız yanma verimliliğini karşılaştırmak için kullanılmıştır. Yeni yakıt tanesi, çeşitli oksitleyici ve yakıt oranlarında parafin bazlı tanelerden daha yüksek bir karakteristik hız sergiledi. Bu, bu protokolü denerken yanma veriminin ortalama %2'sine karşılık gelir, parafin bazlı yakıtın döküm sıcaklığının 120 santigrat dereceden yüksek olamayacağını unutmayın.

Research

JoVE Journal

Engineering

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Katı Oksit Yakıt Hücreleri Elektrot Yüzeyler Sondalama ve Haritalama

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

İleri Işık Source Alev Deneyler: İs Oluşumu Süreçlerinin içine Yeni Trendleri

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

Thermopower Dalgalarının Çalışmasında Kimyasal Yakıt ve Multi-duvarlı Karbon Nanotüpler Hibrit Kompozitlerin Hazırlanması ve Değerlendirilmesi

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

Algılama ve Palladium Kurtarma Kentsel Madeninde Altın ve Kobalt Metal Nano Wagon tekerlekli şeklindeki Porların ile Belirlenmiş Yeni Sensörler / adsorbanlar kullanma

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

Yeni Malzemelerin Düşük sıcaklık Magnetotransport Ölçüm İleri Deneysel Yöntemler

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

yanma Karakterizasyonu ve Model Yakıt Kalkınma Micro-tübüler Alev destekli Yakıt Hücreleri

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

Çimento hamuru suda çözünebilir klorür dağılımı bir yüksek-tamlık şekilde tespit

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

Kızılötesi dejenere dört-dalga ile kantitatif gaz algılama için Upconversion algılama karıştırma

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

Polimer esaslı piezoelektrik titreşim enerji hasat 3D Meshed çekirdekli yapısı ile

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

Değişken Çevrim Motoru Modellemek için Hızlı Bir Yöntem

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