Optimized Dimension Design of Catalytic Chamber of a 10 N Thruster

Davari, Sajjad; Karimaei, Hadiseh; Salimi, Mohammad Reza; Naseh, Hassan

doi:10.30699/jsst.2023.1332

Optimized Dimension Design of Catalytic Chamber of a 10 N Thruster

Document Type : Technical Note

Authors

Sajjad Davari ¹

Hadiseh Karimaei ²

Mohammad Reza Salimi ²

Hassan Naseh ²

¹ Ph.D. Student, Aerospace research institute, Ministry of Science, Research and Technology, Tehran, Iran

² Assistant Professor, Aerospace research institute, Ministry of Science, Research and Technology, Tehran, Iran

10.30699/jsst.2023.1332

Abstract

In this paper, the catalyst bed of a 10 N hydrazine monopropellant thruster was designed. The catalyst bed is including iridium granules, which is used to decompose the hydrazine in monopropellant thruster. Hydrazine must be decomposed almost completely in the catalytic chamber, because it is a carcinogenic chemical fuel and on the other hand, achieving the maximum power from the thruster is also an important goal. As a result, the effect of change in catalytic chamber length on the mass fraction of chemical species including hydrazine, ammonia, nitrogen, and oxygen was studied. Also, after determining the length of the catalytic chamber, the diameter of the nozzle throat corresponding to the same length was determined.

Keywords

Catalytic chamber

Hydrazine

Monopropellant thruster

Iridium

Nozzle

Subjects

System Design, Space Propulsion and Space System Simulation

Article Title Persian

طراحی ابعاد بهینه محفظه کاتالیستی یک عملگر 10 نیوتنی

Authors Persian

سجاد داوری ¹

حدیثه کریمایی ²

محمد رضا سلیمی ²

حسن ناصح ²

¹ دانشجوی دکتری، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران

² استادیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران

Abstract Persian

در این مقاله بستر کاتالیستی یک عملگر تک‏مولفهای هیدرازینی 10 نیوتنی طراحی میشود. بستر کاتالیستی مورد مطالعه شامل گرانولهای پوشیده شده با فلز فعال ایریدیم میباشد که برای تجزیه هیدرازین در عملگرهای تک‎مولفهای مورد استفاده قرار میگیرد. هیدرازین بایستی در محفظه کاتالیستی تقریبا به صورت کامل تجزیه شود چرا که این سوخت شیمیایی سرطانزا می‎باشد و از طرف دیگر دستیابی به ببشینه نیروی پیشران عملگر نیز یک هدف مهم می‏باشد. به همین منظور تغییرات طول محفظه کاتالیستی برکسر جرمی گونههای شیمیایی از جمله هیدرازین، آمونیاک، نیتروژن و اکسیژن مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین پس از تعیین طول بهینه محفظه کاتالیستی، قطر گلوگاه نازل متناظر با همان طول نیز تعیین گردید.

Keywords Persian

محفظه کاتالیستی

هیدرازین

عملگر تک‌مولفه‌ای

ایریدیم

نازل

[1] A-S.Yang, "Satellite Hydrazine Propulsion System Design Trades," J Da-Yeh Univ, 10, pp. 41–50, 2001.

[2] CD. Brown Spacecraft propulsion, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1996.

[3] DI Han, CY Han, HD Shin, "Empirical and computational performance prediction for monopropellant hydrazine thruster employed for satellite," J Spacecr Rockets, vol. 46, no. 6, pp. 1186–1195, 2009, https://doi.org/10.2514/

1.43739.

[4] JN Hinckel, JAR Jorge, Neto TGS, MA Zacharias, JAL Palandi "Low cost catalysts for hydrazine monopropellant thrusters," 45th AIAA/ASME/SAE/ASEE Jt Propuls Conf Exhib, 2009, https://doi.org/10.2514/6.2009-5232.

[5] A.E Makled, H Belal, "Modeling of hydrazine decomposition for monopropellant thrusters," Aerosp Sci Aviat Technol , 2009.

[6] H Karimaei, M.R Salimi , H Naseh , E Jokari, "Design of Physical Configuration of a 10N Monopropellant Hydrazine Thruster," Space Science and Technology, vol. 12, no. pp. 13-22, https://doi.org/10.30699/jsst.2019.1115 (in persian).

[7] V Shankar, K Anantha Ram, KA Bhaskaran, "Experimental investigations of the 10 N catalytic hydrazine thruster," Acta Astronaut, vol. 12, no.4, pp. 237-249, 1985, https://doi.org/10.1016/0094-5765(85) 90038-4.

[8] V Shankar, KA Ram, KA Bhaskaran,"Prediction of the concentration of hydrazine decomposition products along a granular catalytic bed," Acta Astronaut , vol.11, no.6, pp. 287-299, 1984, https://doi.org/10.1016/0094-5765 (84)90038-9.