• norsk
    • English
  • norsk 
    • norsk
    • English
  • Logg inn
Vis innførsel 
  •   Hjem
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for energi og prosessteknikk
  • Vis innførsel
  •   Hjem
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for energi og prosessteknikk
  • Vis innførsel
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.

An Investigation into Hybrid Rocket Injectors

Ahmed, Jonas Sømod
Master thesis
Thumbnail
Åpne
no.ntnu:inspera:57317709:20929650.pdf (13.52Mb)
no.ntnu:inspera:57317709:20929650.zip (11.99Kb)
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2779621
Utgivelsesdato
2020
Metadata
Vis full innførsel
Samlinger
  • Institutt for energi og prosessteknikk [3297]
Sammendrag
Propulse NTNU er et nylig oppstartet rakettlag for studenter som nå forsøker å bygge en hybrid-rakett. Fordi dette er en ny organisasjon er det et behov for å samle kunnskap om hvordan raketter og deres nøkkelkomponenter fungerer. En av nøkkelkomponentene er injektoren, og dens rolle er å levere en spesifik massestrømningsrate av flytende oksidant som en velatomisert spray til forbrenningskammeret i raketten. Denne oppgaven har blitt skrevet for å skape et basis for injektordesign som Propulse kan bruke i fremtidige år.

De viktigste aspektene ved injektoren er strømningsraten av oksidant som leveres samt andre strømningsegenskaper som kan forbedre rakettens ytelse. Dette har først blitt sett på gjennom et literaturstudie som dekker bakgrunnsteorien som er nødvendig for å forstå hvordan injektoren fungerer i rakettmotoren. Modeller for massegjennomstrømningen er så blitt utviklet for å forutsi strømningsraten. Enfase-modeller er presentert først som en grunnlinje, men fordi lystgass er blitt valgt som oxidant er tofasemodeller nødvendig. Dette er grunnet det høye damptrykket til lystgass, som vil gjøre at damp dannes inne i injektoren. Til slutt blir beregninger fra disse modellene brukt til å designe noen få preliminære injektorer med CAD.

Det ble funnet ut at strømningen gjennom injektoren kan strupes for realistiske driftsforhold, som vil gjøre strømningsraten uavhenging av trykksvingninger i brennkammeret og redusere ustabilitet. Dermed kan strømningsraten gjøres konstant dersom trykket i tanken er konstant og strømningen strupes. Det viste seg derimot at tank-trykket og dermed strømningsraten vil falle, grunnet de dynamiske egenskaper av lystgasstanker som tømmes. Ved å bruke strømningsratemodeller som tar tank-dynamikken i betraktning ble en metodologi for å designe injektorer som leverer en gitt gjennomsnittlig strømningningsrate utarbeidet. Det var planlagt å utføre eksperimenter som ville vært nyttige for validerering, men dette utgikk dessverre på grunn av COVID-19 pandemien.
 
Propulse NTNU is a newly started student rocket team who are now trying to build a

hybrid rocket. As this is a new organization there is a necessity to gather knowledge

about how rockets and their key components function. One of these key components

is the injector, whose role is to deliver a certain mass flow of liquid oxidizer as a

finely atomized spray to the combustion chamber in the rocket. This thesis has been

written to provide a basis for designing injectors that Propulse can rely on in the

years to come.

The most important aspects of the injector are the mass flow rate of oxidizer that

it delivers as well as other flow characteristics that can improve the performance of

the rocket. This has first been assessed through a literature study covering the

background theory that is needed to understand how the injector functions in the

hybrid rocket engine. Mass flow rate models are then developed to shed light on how

the flow rate behaves through the injector. Single-phase models are presented first

as a baseline. However, as nitrous oxide has been chosen as the oxidizer, two-phase

models are needed as its high vapor pressure will cause vapor to form in the injector.

Finally, calculations from these models are used to design a few preliminary

injectors with CAD software.

It was found that the flow through the injector may choke for realistic operating

conditions, which would decouple the mass flow rate from combustion chamber

pressure oscillations and reduce instabilities. Thus, if the tank pressure can be kept

constant and the flow is choked, the mass flow rate can be kept constant as well.

However, due to the tank dynamics of self-pressurized N2O, the tank pressure and

subsequently the oxidizer flow rate are likely to fall for the duration of the rocket

operation. By utilizing mass flow rate models that take the tank dynamics into

account, a methodology for designing injectors that should deliver a certain average

flow rate has been developed. This resulted in a few preliminary injector designs

that Propulse may use, and has shown how they might approach the initial design of

injectors in the future. However, injectors usually require some iterative fine-tuning

based on experiments to get the exact flow rate that is desired. An experimental

campaign that would have been useful for validation was planned, but unfortunately

the COVID-19 pandemic stopped it from materializing.
 
Utgiver
NTNU

Kontakt oss | Gi tilbakemelding

Personvernerklæring
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Levert av  Unit
 

 

Bla i

Hele arkivetDelarkiv og samlingerUtgivelsesdatoForfattereTitlerEmneordDokumenttyperTidsskrifterDenne samlingenUtgivelsesdatoForfattereTitlerEmneordDokumenttyperTidsskrifter

Min side

Logg inn

Statistikk

Besøksstatistikk

Kontakt oss | Gi tilbakemelding

Personvernerklæring
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Levert av  Unit