先进的火箭技术,使用煤油

普渡大学工程师正在进行研究来帮助美国发展的一种先进的火箭技术,使用煤油和现在不需要泡沫绝缘材料用于航天飞机外部燃料箱。

宇航局研究普渡专注于液体燃料火箭。具体来说,工作处理了解燃料和组件称为火箭发动机的燃料喷射器内的氧化剂交互造成不稳定燃烧。不稳定导致极端的热量和压力波动,可能会导致事故和硬件损坏。

普渡大学的工程师参与这项研究获得了最佳论文奖7月从美国航空航天学院。

“燃烧不稳定是一个复杂的现象,阻碍了火箭开发太空时代以来,“尼古拉斯·纽金特说,博士生在普渡大学航空航天学院的。”之前,我们需要了解更多关于不稳定未来的引擎可以开发和用于太空飞行。预测燃烧不稳定发展最困难的一个方面是一个火箭发动机。”

本文的研究结果表明,可以专门设计一个实验研究不稳定发生自发地,像在真正的引擎。

“没有多少,如果有的话,实验在过去,已经能够实现一个不稳定而不实际迫使它通过引入人工操作的影响不太见过火箭引擎,”James Sisco博士生说。

纸是由纽金特,Sisco,前学生凯文·j·米勒和威廉·安德森,航空航天学院的助理教授。米勒现在在太空探索技术公司工作或SpaceX,加州埃尔塞贡多。

普渡大学的工程师已经完成了进一步的研究和提出新发现7月在美国航空航天研究所的联合推进会议在萨克拉门托,加利福尼亚州发现最佳论文奖的是收到了在去年的联合推进会议在图森,亚利桑那州。

”工作的主要目的是生成燃烧和不稳定数据,以便其他研究人员可以为火箭发动机设计开发更好的计算模型,”纽金特说。“我们生成基准数据,将改进的设计分析所有类型的火箭引擎。”

赖利教授查尔斯•Merkle工程、普渡关注领导的一个研究小组创建这样的模型。

没有有效的仿真,工程师必须依靠试验和错误,这是昂贵的,耗费时间和潜在的危险。

“没有好的模型,你必须做大量的测试,增加事故的机会,”纽金特说。“如果你做更多的计算模型,风险较小的损害非常昂贵的硬件,减少所需的测试,每个测试得到更多。”

燃烧室内部的热量从燃烧自然波动。同时,燃烧室产生共振声波引起声压,“也波动。当热量和压力波动一致,合并后的结果可能是毁灭性的,导致事故和伤害火箭引擎。

“燃烧和室声学之间的相互作用非常复杂,”纽金特说。“我们正试图衡量和理解现象的动态特性。什么机制和物理过程发生后注入推进剂引起放热吗?”

数据收集使用房间内压力和热传感器,和研究人员也把高速的视频分析不稳定燃烧过程。

在前面的实验详细的第一篇论文中,工程师们使用一个精心设计的注射器和不同燃烧室的长度如何改变声学受热量驱使压力波动的影响。发现在新创建的研究论文表明,从一个模型模拟研究Merkle匹配实验结果从实验室实验。

未来的工作将使用光学传感器测量更精确的动态燃烧声压波动和波动之间的相互作用。

“现在我们有了一个实验,可以自发产生不稳定,我们将添加更多的仪器的研究更上一层楼,看具体领域,我们认为是不稳定的根源,”纽金特说。

美国空军也可能受益于实验研究结果,因为使用一个注射器类似采用先进、高性能使用煤油燃料的火箭。这些火箭需要更少的时间比常规火箭准备发射,这意味着他们可以快速发送军事任务。与航天飞机引擎,这需要一个泡沫保温箱的低温冷却液体氢燃料,“富氧化剂阶段燃烧周期”引擎基于实验使用煤油燃料,可以储存在室温下。使用煤油将使工程师创建更时尚,更紧凑和轻火箭包液氢火箭一样的权力。

“液体煤油是100倍密度比氢,所以你用小得多的坦克,”安德森说。“随着煤油,火箭的直径越小,导致重量和空气动力阻力下降,因此有一个很好的燃料火箭抬离地面。此外,地面操作大大简化,因为煤油比液态氢是很容易处理的。”

工作在高压实验室为基础,普渡六设施之一的莫里斯·j·Zucrow实验室。实验室联合经营的航空航天学院和机械工程学院。研究人员正在使用的设备由美国国家航空和宇宙航行局工作,空军,陆军,其他联邦机构和航空公司。

火箭测试设施内的高压实验室建于1965年,于2001年升级,在2003年成为全面运作。

Zucrow实验室命名莫里斯·j . Zucrow普渡大学机械工程校友,1928年,赢得了第一个博士学位在普渡大学颁发的工程领域。他在火箭推进的研究启发的建设在1948年首次Zucrow实验室设施。自那时以来,六Zucrow实验室已经演变成一个复杂的设施在校园西部24-acre站点工程师执行广泛的propulsion-related研究火箭,飞机引擎和其他内燃机。

这项研究是通过美国宇航局的“星座大学研究院项目资助,支持火箭研究大学全国各地。

http://www.purdue.edu/