علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

طراحی، ساخت، و آزمون یک موتور پیشرانه مایع زمستیک اکسیژن مایع-اتانول

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشیار، گروه هوافضا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
2 کارشناسی ارشد، شرکت ملک آسمان‌ها و زمین نقش جهان، اصفهان، ایران
3 استادیار، پژوهشکده سامانه‌های حمل و نقل فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
4 کارشناسی ارشد، شرکت فناوری های پیشرفته بعد چهارم
5 کارشناسی ارشد، شرکت فناورهای پیشرفته بعد چهارم
6 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
هدف تحقیق حاضر، کسب توانمندی به کارگیری موتورهای پیشرانه زمستیک، در مقیاس آزمایشگاهی است. در این راستا لازم است تا موتور‌هایی ساخته و پارامترهای عملکردی آن سنجیده شود. اکسیژن مایع، به عنوان یک اکسیدکننده زمستیک متداول و اتانول به عنوان یک سوخت سبز انتخاب شده‌اند. موتوری برای تولید نیروی جلوبرندگی معادل kgf 400 با این پیشرانه طراحی شده است. انژکتور این موتور از نوع برخوردی سمبه‌ای بوده که در آن اکسیژن مایع، در راستای محور و سوخت در راستای شعاع جریان داشته است. محفظه احتراق این موتور با روش خنک‌کاری بازیابی در مقابل گرمای زیاد محافظت می‌شده است. طرح آزمایشگاهی موتور این امکان را فراهم کرده تا از سیال خارجی مانند آب برای خنک‌کاری استفاده شود. همه مولفه‌های اصلی موتور مانند انژکتور، راه‌انداز، و ابزار کنترل جریان تحت آزمون‌های سرد قرار گرفتند. برای آزمایش گرم این موتور، سکوی آزمون ویژه‌ای طراحی و ساخته شده است که در آن امکان سنجش تقریبا همه متغیرهای عملکردی وجود دارد. در این تحقیق پانزده آزمون گرم انجام شده است. بیشترین فشار ثبت شده و بیشترین بازده برآورد شده در حدود 75% مقادیر طراحی بودند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] T. Hiraiwa, T. Saito, T. Tomita, N Azuma, K. Okita, K. Obase, and T. Kaneko, “Research works of ethanol propulsion system for the future rocket-plane experimental vehicle” 47th AIAA/ASME/ SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibition, p.6114, 2011.
[2] K. Sakaki, T. Funahashi, S. Nakaya, M. Tsue, R. Kanai, K. Suzuki, T. Inagawa, and T. Hiraiwa, “Longitudinal combustion instability of a pintle injector for a liquid rocket engine combustor”. Combustion and Flame, Vol. 194: pp. 115-12, 2018.
[3] R. Woodard, K. Miller, V. Bazarov, G. Gurin, S. Pal, and R. Santoro “Injector research for Shuttle OMS upgrade using LOX/ethanol propellants” In 34th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibition, p.3816, 1998.
[4] C. Bach, J. Sieder, O. Przybliski, and M. Tajmar, “Smart Rockets: Development of a 500 N LOX-Ethanol-Sounding rocket for the DLR STERN programme”, In 62th Conference: German Aerospace Congress, Stuttgart, pp.1-10, 2013.
[5] K. Sakaki, M. Choi, S. Nakaya, M. Tsue, and T. Hiraiwa, “Fundamental combustion characteristics of ethanol/liquid oxygen rocket engine combustor with planar pintle-type injector”, Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 58, No.1, pp. 15-22, 2015.
[6] J. Sieder, K. Kleebusch, C. Bach, and M. Tajmar, “Development history and verification of the flight model of a 500 N Ethanol/LOX rocket engine”, In 7th European Conference for Aeronautics and sapce Sciences, Milan ,Italy, pp.3-6, 2017.
[7] R. Delpy and J. Oswald, “PERSEUS project 5 kN LOX/Ethanol rocket engine fire tests” , 7th European Conference for Aeronautics and Aerosapce Sciences, (EUCASS), 2017.
[8] S. M.R. Mahmoudian, H. Ghasemi, and A.R. Toloei, “The process of designing and manufacturing a prototype space thruster with oxygen-crocin cryogenic propellant,” The 10th conference of the Iranian Aerospace Association, Tehran, 2019 (in Persian).
 [9] D. Ramesh, S. Khodadadiyan, and H. Karimi, “Optimization of Schematic and Parameters of Staged Combustion Launch Vehicle Liquid Engines”, Journal of Space Science and Technology, Vol.9, No.1, pp. 1-11, 2016. (in Persian).
[10] A.H. Edalatpour, F. Ommi, Z. Saboohi, “Performance Analysis of Liquid Propellant Micro-propulsion with Liquid Oxygen as Cryogenic Oxidizer” , Journal of Space Science and Technology, Vol.12, No.1, pp. 23-40, 2019.(in Persian).
 [11] S. Gordon, and B. J. McBride, Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions, Rocket Performance, Incident and Reflected Shocks, and Chapman-Jouguet Detonations, NASA SP-273, 1976.
[12] D. K. Huzel, and D. H. Huang, “Modern Engineering for Design of Liquid Propellant Rocket Engines, (Revised and enlarged edition)”, AIAA Progress in Astronautics and Aeronautics, Washington, DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Vol. 147, 1992.
[13] R. W. Humble, h. N. Gary, and W. J. Larson, Space Propulsion Analysis and Design, McGraw-Hill, 1995.
[14] G. Dressler, and J. Bauer, “TRW pintle engine heritage and performance characteristics” In 36th AIAA/ASME/ SAE/ ASEE joint propulsion conference and exhibit, Las Vegas, NV, U.S.A., p.3871,2000.

  • تاریخ دریافت 26 فروردین 1401
  • تاریخ بازنگری 11 تیر 1401
  • تاریخ پذیرش 02 شهریور 1401
  • تاریخ اولین انتشار 02 شهریور 1401