طراحی و تحلیل عملکرد میکروموتور سوخت مایع دو پیشرانه‌ی اکسیژن مایع-کراسین

نویسندگان

1 گروه هوافضا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

2 دانشگاه تربیت مدرس - دانشکده مکانیک

3 پژوهشگاه هوافضا

چکیده

در میکروموتورهای سوخت مایع دو پیشرانه از ترکیبات سوخت متعددی می­توان استفاده کرد که در این پژوهش از ترکیب احیاکننده کراسین و اکسنده­ی سرمازای اکسیژن مایع استفاده شده است. هدف، تحلیل عملکرد یک میکروموتور با تراست پایین به منظور امکان­سنجی اولیه­ی استفاده از آن به عنوان پیشرانش کمکی در ماموریت­های فضایی است. به همین منظور ابتدا یک میکروموتور طراحی شده و تحلیل احتراق، انتقال حرارت، جریان خروجی نازل و مقدار پارامترهای عملکردی در آن با استفاده از نرم­افزار RPA انجام می­شود. میکروموتورها همانند موتورهای بزرگ اجزایی چون انژکتور، صفحه انژکتور، محفظه احتراق و نازل دارند و طراحی تمام این اجزا با ذکر معادلات حاکم شرح داده می­شوند. با ساخت نمونه طراحی شده و انجام تست گرم، می­توان عملکرد میکروموتور طراحی شده را به شکل دقیق مشاهده کرد و در انتها پارامترهای عملکردی محاسبه شده از نرم­افزار با نتایج حاصل شده از تست گرم با هم مقایسه می­شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance Analysis of Liquid Propellant Micro-propulsion with Liquid Oxygen as Cryogenic Oxidizer

نویسندگان [English]

  • Amirhossein Edalatpour 1
  • فتح اله امی 2
  • Zoheir Saboohi 3
1 Aerospace Department, Faculty of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
2 Tarbiat Modares University
3 Aerospace Research Institute

[1] Ommi, F., Design Principle of Space Rocket Propulsion & Engines, Tehran: Hooshmand Tadbir, 2015. (in persian)

[2] Scott, E.H., Bloome, H.E. and Mansour, A.H., M1 Engine Subscale Injector Tests by NASA, NASA Technical Note, 1967.

[3] Burick, R.J., Space Storable Propellent Performance Program Coaxial Injector Characterization, NASA-CR-120936, 1972.

[4] Micci, M.M., Thomas, J.L., Glogowski, M., “Shear Coaxial Injector Spray Combustion Experiments”, 32nd JANNAF Combustion Meeting, Huntsville, Alabama, October 23-27, 1995.

[5] Nosratollahi,M. and Adami Dehkordi, A.H., “Comprehensive Pattern of Design Low-thrust Thrusters”, Journal of Space Science and Technology (JSST), Vol.3, No.3 and 4, Fall-Winter 2010-2011, p.20 (In Persian).

[6] Fazeli, H., Naseh, H., Mirshams, M. and Basohbat, A., “Comprehensive Pattern of Design Low-thrust Thrusters”, Journal of Space Science and Technology (JSST), Vol.7, No.3, Fall 2014, p.9 (In Persian).

[7] Mehrabi, A., Design and Manufacturing of Subscale Engine with Single Double Base Injector and its Combustion Model Investigation, (Thesis MSc), Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, 2012. (in persian)

[8] Mehrabi, A., Ommi, F., Valizadeh, S. and Movahednejad, E.,“Design, Manufacturing, Cold and Hot-Fire Test of a Liquid Subscale Engine with Single Swirl Double Base Injector”, AmirKabir Journal of Science & Research Mechanical Engineering, Vol.48, No.1, pp.25-28, 2016. (in persian)

[9] Space Micropropulsion Laboratory, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran, 2017.

[10] Liquid Rocket Propulsion, Accessed 18 March 2017; http://dare.tudelft.nl/projects-and-teams/liquid-rocket-propulsion/

[11] Ojeda, C.E., Persaud, T. and Prescott, K., “Production and Manufacture of Low-Cost Liquid Rocket Engines for Sounding Rockets”, 53rd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Atalanta, 2017.

[12] Huzel, D.K., Modern Engineering for Design of Liquid-Propellant Rocket Engines, Chapter 4, AIAA, 1992.

[13] Sutton, G.P. and Biblarz, O., Rocket Propulsion Elements, Seventh Edition, Chapter 19, Seventh Edition, Wiley, 2001.

[14] Raju, B.P. and  Mastaniah.T., “Design of liquid oxygen Storage Tank with Welded Joints & its Safety”, International Journal of Modern Engineering Research (IJMER), Vol 5, 2015.

[15] Liquid Oxygene, Accessed 28 Februrary 2017, www.airproducts.com/~/media/files/pdf/company/safetygram-6.pdf

[16] Sforza, P.M., Theory of Aerospace Propulsion, Chapter 11, Elsevier, 2017.

[17] Turner, M.J., Rocket and Spacecraft Propulsion: Principles, Practice and New Developments, Third Edition, Chapter 6, Springer,2009.

[18] Hill, P.G. and Peterson, C.R., Mechanics and Thermodynamics of Propulsion, Second Edition, Chapter 14, Addison-Wesley Publishing Company, 1992.

[19] Advancing Next-Generation Rockets and the Engines that Power Them, Accessed 24 March 2017, https://str.llnl.gov/november-2015/burton,

[20] Ponomarenko, A., Tool for Rocket Propulsion Analysis, Accessed 25 May 2017, https://www.slideshare.net/ AlexanderPonomarenko/rpa-tool-for

[21] Marchi, C.H., “Numercial Solutions of Flows in Rocket Engines with regenerative Cooling”, Numercial Heat Transfer Journal, Vol.45, pp.64-81, 2010.

[22] Ulas, A., “Numerical Analysis of Regenerative Cooling in Liquid Propellant Rocket Engines”, Aerospace Science and Technology Journal, Elsevier, Vol.24, 2013, pp.187-197.

[23] Negishi, H., Kumakawa, A., Yamanishi, N. and Kurosu, A., “Heat Transfer Simulations in Liquid Rocket Engine Subscale Thrust Chambers”, 44th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Hartford, 2008.

[24] Song, W., Son, M. and Shin, D., “Ignition Transition of GOx/Kerosene Spray Combustion with Nitrogen Film Cooling”, 53rd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Atlanta, 2017.

[25] Rocket Propulsion Analysis, Software Package, Ver. 2.3, RP Software+Engineering, Cologne/Bonn Area, Germany, 2017.