Using electrical capacitance tomography system for determination of liquids in rocket and satellite tanks

• Autorzy: Gut Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.2478/tar-2020-0002

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie systemu pojemnościowej tomografii komputerowej do określania poziomu płynów w zbiornikach rakiet i satelitów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of important problems in aerospace engineering is to determine the amount of fluid in the tank in a microgravity environment. There are several methods for doing it, however, there are no proven methods to quickly gauge the amount of propellant in a tank in low gravity conditions. New and more accurate methods of such a measurement are being continually searched for. One of interesting solutions is using Electrical Capacitance Tomography (ECT) for this purpose. The article presents both numerical analysis and experimental test results using a spherical tank. The main purpose of the simulation was to determine the effect of the number of electrodes and noise signal level on the quality of reconstruction images. In numerical simulations, different models of dielectric permittivity distribution have been reconstructed. On the basis of numerical simulations, a 24-electrode sensor was designed and made. In experimental tests, different distribution of medium inside the spherical tank was investigated. The results show that the method can directly measure the mass of fuel in the tank, as well as it allows for a visualization of fuel distribution, independent of the tank position in space, and the liquid-propellant system will be used.

PL

Istotnym problemem w inżynierii kosmicznej jest sposób określenia ilości paliwa w zbiorniku w środowisku mikrograwitacji. Istnieje kilka metod określania poziomu cieczy w zbiorniku, jednakże nie ma sprawdzonych metod szybkiego pomiaru ilości paliwa w zbiorniku, gdy znajduje się on w stanie niskiej grawitacji. Trwają poszukiwania nowych i dokładniejszych metod pomiaru. Jednym z ciekawszych rozwiązań jest zastosowanie Pojemnościowej Tomografii Komputerowej do określania poziomu paliwa lub utleniacza w zbiornikach rakiet i satelitów. Otrzymane wyniki, które przeprowadzono z wykorzystaniem metod numerycznych oraz w warunkach grawitacji pokazują, że metoda może bezpośrednio mierzyć masę paliwa w zbiorniku, a także umożliwić wizualizację rozkładu paliwa, niezależnie od położenia zbiornika w przestrzeni i zastosowanego układu zasilania.

Słowa kluczowe

EN

tomography; satellite; tank

PL

tomografia; satelity; zbiorniki

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2020
• Tom: Nr 1 (258)
• Strony: 18--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Gut Zbigniew

• Łukasiewicz Research Network ‒ Institute of Aviation Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Van Dresar, N. T., 2006, “PVT gauging with liquid nitrogen”, Cryogenics, 46(2-3), pp. 118-125.
• [2] “Low-Gravity Pressure-Volume-Temperature Gauging Concept Demonstrated With Liquid Oxygen”, from: http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2007/PS-Prop/08-RPP-vandresar.html
• [3] Van Dresar, N. T., 2004, “An uncertainty analysis of the PVT gauging method applied to sub-critical cryogenic propellant tanks”, Cryogenics, 44(6-8), pp. 515-523.
• [4] “ATGI Optical Mass Gauge Sensor”, from: http://www.atgi.us/optmassgauge.aspx
• [5] Van Scivera, S. W., Adamsa, T., Caimic, F., Celika, D., Justakc, J. and Kocakc, D., 2003, “Optical mass gauging of solid hydrogen”, Cryogenics, 44(6-8), pp. 501-506.
• [6] Zimmerli, G. A., 2007, “Radio Frequency Mass Gauging of Propellants”, NASA, http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2007/PS-Prop/09-RPP-zimmerli.html
• [7] Yang,W. Q., Stott, A. L., Beck, M. S. and Xie, C. G., 1995, “Development of capacitance tomographic imaging systems for oil pipeline measurements”, Review of Scientific Instruments, 66(8), pp. 4326-4332.
• [8] Dyakowski, T., Edwards, R. B., Xie, C. G. and Williams, R. A., 1997, “Application of capacitance tomography to gas-solid flows”, Chemical Engineering Science, 52(13), pp. 2099-2110.
• [9] Gut, Z. and Wolanski, P., 2010, “Flame Imaging Using 3D Electrical Capacitance Tomography”, Combustion Science and Technology, 182(11-12), pp. 1580-1585.
• [10] Yang, W. Q. and Peng, L., 2003, “Image reconstruction algorithms for electrical capacitance tomography”, Measurement Science and Technology, 14, R1-13.
• [11] Yang, W. Q., Spink, D. M., York, T. A. and McCann, H., 1999, “An image-reconstruction algorithm based on Landweber’s iteration method for electrical-capacitance tomography”, Measurement Science and Technology, 10(11).
• [12] Jang, J. D., Lee, S. H., Kim, K. Y. and Choi, B. Y., 2006, “Modified iterative Landweber method in electrical capacitance tomography”, Measurement Science and Technology, 17(7), pp. 1909-1917.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).